Go 协程并发执行的非预期顺序
在 Go 语言中，协程（goroutine）是一种轻量级的并发执行机制。然而，在使用协程时，开发者可能会遇到一些意想不到的行为，尤其是在多个协程同时运行时，输出的顺序可能与预期不符。本文将通过一个简单的例子来解释这种现象，并提供相应的解决方案。
以下代码展示了一个简单的示例，该示例启动了两个协程，分别打印奇数和偶数：
package main
import (
"fmt"
"time"
"runtime"
)
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(2) // 设置使用多个 CPU 核心
go sheep(1)
go sheep(2)
time.Sleep(100 * time.Millisecond) // 避免主协程过早退出
}
func sheep(i int) {
for {
fmt.Println(i, "sheeps")
i += 2
//runtime.Gosched() //主动让出CPU时间片
}
}这段代码的预期行为是交替打印奇数和偶数，例如 1 sheeps, 2 sheeps, 3 sheeps, 4 sheeps...。然而，实际运行结果可能会先打印一系列奇数，然后再打印一系列偶数。
原因分析
这种现象的主要原因是 Go 调度器在默认情况下可能只使用一个 CPU 核心来执行协程。这意味着协程并非真正并行执行，而是在单个核心上进行时间片轮转。当一个协程获得 CPU 时间片后，它会尽可能地执行，直到时间片用完或者遇到阻塞操作。
在上面的例子中，如果第一个协程（打印奇数）先获得 CPU 时间片，它可能会连续打印多个奇数，直到时间片用完。然后，调度器才会切换到第二个协程（打印偶数），并重复类似的过程。
解决方案
为了解决这个问题，可以采取以下几种方法：
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设置 GOMAXPROCS： runtime.GOMAXPROCS(n) 函数可以设置 Go 程序使用的 CPU 核心数量。将其设置为大于 1 的值可以强制 Go 调度器使用多个核心，从而实现真正的并行执行。
在上面的例子中，添加 runtime.GOMAXPROCS(2) 可以使两个协程在不同的核心上并行执行，从而更接近预期的交替输出。
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使用 runtime.Gosched()： runtime.Gosched() 函数可以主动让出 CPU 时间片，允许其他协程运行。在 sheep 函数中添加 runtime.Gosched() 可以强制协程在每次打印后让出 CPU，从而增加其他协程获得运行机会的可能性。
func sheep(i int) { for { fmt.Println(i, "sheeps") i += 2 runtime.Gosched() //主动让出CPU时间片 } } -
使用同步机制： 如果需要严格控制协程的执行顺序，可以使用同步机制，例如互斥锁（sync.Mutex）或通道（channel）。这些机制可以确保协程在特定的时间点进行同步，从而避免竞争条件和非预期行为。
例如，可以使用通道来协调奇数和偶数的打印：
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { oddChan := make(chan int) evenChan := make(chan int) go func() { for i := 1; ; i += 2 { oddChan <- i time.Sleep(100 * time.Millisecond) // 模拟一些工作 } }() go func() { for i := 2; ; i += 2 { evenChan <- i time.Sleep(100 * time.Millisecond) // 模拟一些工作 } }() for { select { case odd := <-oddChan: fmt.Println(odd, "sheeps (odd)") case even := <-evenChan: fmt.Println(even, "sheeps (even)") } } }
注意事项
- 不要依赖协程的执行顺序。协程是并发执行的，其执行顺序是不确定的。如果需要保证特定的顺序，必须使用同步机制。
- time.Sleep() 仅用于演示目的，实际应用中应避免使用 time.Sleep() 来控制协程的执行。
- 在使用同步机制时，要小心死锁和竞争条件。
总结
Go 协程的并发执行可能导致非预期的顺序问题。通过设置 GOMAXPROCS、使用 runtime.Gosched() 或使用同步机制，可以解决这些问题。在编写并发程序时，应始终注意协程的执行顺序，并使用适当的同步机制来保证程序的正确性。记住，显式地控制并发流程，而不是依赖于隐式的调度行为，是编写健壮并发程序的关键。
