golang實現協程池

golang中啟動一個協程不會消耗太多資源,有人認為可以不用協程池。但是當訪問量增大時,可能造成內存消耗完,程序崩潰。于是寫了一個協程池的Demo。

Demo中有worker和job。worker是一個協程,在worker中完成一個job。Jobs是一個channel,使用Jobs記錄job。當生成一個新任務,就發送到Jobs中。程序啟動時,首先啟動3個worker協程,每個協程都嘗試從Jobs中接收job。如果Jobs中沒有job,worker協程就等待。

基本邏輯如下:

  1. Jobs管道存放job,Results管道存放結果。
  2. 程序一啟動,啟動3個worker協程,等待從Jobs管道中取數據。
  3. 向Jobs管道中發送3個數據。
  4. 關閉Jobs管道。
  5. worker協程從Jobs管道中接收到數據以后,執行程序,把結果放到Results管道中。然后繼續等待。
  6. 當Jobs管道中沒有數據,并且Results有3個數據時。退出主程序。

代碼如下:

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func worker(id int) {
    go func() {
        for {
            fmt.Println("Waiting for job...")
            select {
            // Receive from channel
            case j := <-Jobs :
                fmt.Println("worker", id, "started  job", j)
                time.Sleep(time.Second)
                fmt.Println("worker", id, "finished job", j)
                Results <- true
            }
        }
    }()
}

const channelLength = 3

var (
    Jobs chan int
    Results chan bool
)

func main() {
    Jobs = make(chan int, channelLength)
    Results = make(chan bool, channelLength)

    // Start worker goroutines
    for i:= 0; i < channelLength; i++ {
        worker(i)
    }

    // Send to channel
    time.Sleep(time.Second)
    for j := 0; j < channelLength; j++ {
        Jobs <- j
    }
    close(Jobs)

    for len(Jobs) != 0 || len(Results) != channelLength  {
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
    }
    fmt.Println("Complete main")
}

運行結果如下:

Waiting for job...
Waiting for job...
Waiting for job...
worker 1 started  job 2
worker 2 started  job 0
worker 0 started  job 1
worker 0 finished job 1
Waiting for job...
worker 0 started  job 0
worker 2 finished job 0
Waiting for job...
worker 2 started  job 0
worker 1 finished job 2
Waiting for job...
worker 1 started  job 0
Complete main

這個程序出現問題了,bug在哪里?

開始的3次,協程運行都是正常。

worker 1 started  job 2
worker 2 started  job 0
worker 0 started  job 1
worker 0 finished job 1
worker 2 finished job 0
worker 1 finished job 2

根據設計,向Jobs管道中發送3個數據以后,就關閉了管道。此后,協程不應該再從Jobs管道中接收到數據。

for j := 0; j < channelLength; j++ {
        jobs <- j
    }
close(jobs)

實際運行中,協程接收完3個數據以后,worker還能不斷的從Jobs管道中接收到數據。與設計不符。

worker 0 started  job 0
worker 2 started  job 0
worker 1 started  job 0

開始以為問題出在worker()中,j := <- job,只有當job中有返回,才會打印worker started。但是后面的job id都是0,說明沒有向jobs管道中發送新數據。

for {
            fmt.Println("Waiting for job...")
            select {
            case j := <-Jobs :
                fmt.Println("worker", id, "started  job", j)
                time.Sleep(time.Second)
                fmt.Println("worker", id, "finished job", j)
                Results <- true
            }
        }

研究向Jobs管道發送數據的代碼,突發奇想,把close(Jobs)注釋掉,看看如何。

for j := 0; j < channelLength; j++ {
        Jobs <- j
    }
//close(Jobs)

程序居然正常了。

Waiting for job...
Waiting for job...
Waiting for job...
worker 1 started  job 0
worker 0 started  job 2
worker 2 started  job 1
worker 1 finished job 0
worker 0 finished job 2
Waiting for job...
Waiting for job...
worker 2 finished job 1
Waiting for job...
Complete main

原來問題出在close()上,馬上查注釋。close()是在sender中調用,當管道中最后一個數據被接收以后,就關閉管道。此時,不能再向管道中發送數據。否則會報錯panic: send on closed channel

使用x, ok := <-c可以判斷一個管道是否關閉,如果管道已經關閉,ok的值為false

管道關閉以后,并且管道中的數據被接收完以后,居然還能從管道中接收到數據0。于是就造成了后續協程接收到job 0的問題。

// The close built-in function closes a channel, which must be either
// bidirectional or send-only. It should be executed only by the sender,
// never the receiver, and has the effect of shutting down the channel after
// the last sent value is received. After the last value has been received
// from a closed channel c, any receive from c will succeed without
// blocking, returning the zero value for the channel element. The form
//  x, ok := <-c
// will also set ok to false for a closed channel.
func close(c chan<- Type)

如果要使用close,應該怎么做

管道不用時,close()管道是個好習慣。此時,應該怎么解決這個問題呢?首先要在協程中檢查接收到的數據,j:=<-jobs,判斷j是否為0。如果Jobs中存放的是非指針數據,不能分辨0是真正的0值,還是close以后接收到的0。因此需要在Jobs管道中存放指針。管道打開時,接收的都是非nil指針。close以后才返回0,也就是nil指針。

修改程序。新生成一個機構體Job。

type Job struct {
    JobId int
}

Jobs保存指向Job的指針。

Jobs chan *Job
func main() {
    Jobs = make(chan *Job, channelLength)
    ...
    for j := 0; j < channelLength; j++ {
        Jobs <- &Job{JobId:j}
    }
    close(Jobs)
    ...
}

在worker協程中,從管道取出Job指針以后,判斷指針是否為nil。如果為nil,說明管道已經關閉,協程退出。

func worker(id int) {
    go func() {
        for {
            fmt.Println("Waiting for job...")
            select {
            // Receive from channel
            case j := <-Jobs :
                if j == nil {
                    fmt.Println("Close the worker", id)
                    return
                }
                fmt.Println("worker", id, "started  job", j.JobId)
                time.Sleep(time.Second)
                fmt.Println("worker", id, "finished job", j.JobId)
                Results <- true
            }
        }
    }()
}

運行結果達到預期。

Waiting for job...
Waiting for job...
Waiting for job...
worker 0 started  job 0
worker 1 started  job 1
worker 2 started  job 2
worker 2 finished job 2
worker 0 finished job 0
Waiting for job...
Waiting for job...
Close the worker 2
Close the worker 0
worker 1 finished job 1
Waiting for job...
Close the worker 1
Complete main

附上最終的代碼。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

type Job struct {
    JobId int
}

func worker(id int) {
    go func() {
        for {
            fmt.Println("Waiting for job...")
            select {
            // Receive from channel
            case j := <-Jobs :
                if j == nil {
                    fmt.Println("Close the worker", id)
                    return
                }
                fmt.Println("worker", id, "started  job", j.JobId)
                time.Sleep(time.Second)
                fmt.Println("worker", id, "finished job", j.JobId)
                Results <- true
            }
        }
    }()
}

const channelLength = 3

var (
    Jobs chan *Job
    Results chan bool
)

func main() {
    Jobs = make(chan *Job, channelLength)
    Results = make(chan bool, channelLength)

    // Start worker goroutines
    for i:= 0; i < channelLength; i++ {
        worker(i)
    }

    // Send to channel
    time.Sleep(time.Second)
    for j := 0; j < channelLength; j++ {
        Jobs <- &Job{JobId:j}
    }
    close(Jobs)

    for len(Jobs) != 0 || len(Results) != channelLength  {
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
    }
    fmt.Println("Complete main")
}
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