發(fā)布時間:2023-11-27 06:50:48 瀏覽量:114次
作者:dcguo,騰訊 CSIG 電子簽開放平臺中心
分享 Golang 并發(fā)基礎(chǔ)庫,擴展以及三方庫的一些常見問題、使用介紹和技巧,以及對一些并發(fā)庫的選擇和優(yōu)化探討。
提倡的原則
不要通過共享內(nèi)存進行通信;相反,通過通信來共享內(nèi)存。
Goroutine
goroutine 并發(fā)模型
調(diào)度器主要結(jié)構(gòu)
主要調(diào)度器結(jié)構(gòu)是 M,P,G
P 的數(shù)量由環(huán)境變量中的 GOMAXPROCS 決定,通常來說和核心數(shù)對應(yīng)。
用戶空間線程和內(nèi)核空間線程映射關(guān)系有如下三種:
關(guān)系如圖,灰色的 G 則是暫時還未運行的,處于就緒態(tài),等待被調(diào)度,這個隊列被 P 維護
注: 簡單調(diào)度圖如上,有關(guān)于 P 再多個 M 中切換,公共 goroutine 隊列,M 從線程緩存中創(chuàng)建等步驟沒有體現(xiàn),復(fù)雜過程可以參考文章簡單了解 goroutine 如何實現(xiàn)。
go list.Sort()
func Announce(message string, delay time.Duration) {
go func() {
time.Sleep(delay)
fmt.println(message)
}()
}
channel 特性
創(chuàng)建
// 創(chuàng)建 channel
a := make(chan int)
b := make(chan int, 10)
// 單向 channel
c := make(chan<- int)
d := make(<-chan int)
tip:
v, ok := <-a // 檢查是否成功關(guān)閉(ok = false:已關(guān)閉)
ci := make(chan int)
cj := make(chan int, 0)
cs := make(chan *os.File, 100)
c := make(chan int)
go func() {
list.Sort()
c <- 1
}()
doSomethingForValue
<- c
func Server(queue chan *Request) {
for req := range queue {
sem <- 1
go func() {
process(req)
<- sem
}()
}
}
func Server(queue chan *Requet) {
for req := range queue {
sem <- 1
go func(req *Request) {
process(req)
<- sem
}(req)
}
}
func Serve(queue chan *Request) {
for req := range queue {
req := req
sem <- 1
go func() {
process(req)
<-sem
}()
}
}
c := make(chan bool)
go func() {
// close 的 channel 會讀到一個零值
close(c)
}()
<-c
開源項目【是一個支持集群的 im 及實時推送服務(wù)】里面的基準測試的案例
func main() {
ret := make(chan string, 3)
for i := 0; i < cap(ret); i++ {
go call(ret)
}
fmt.Println(<-ret)
}
func call(ret chan<- string) {
// do something
// ...
ret <- "result"
}
注: 協(xié)同多個 goroutines 方案很多,這里只展示 channel 的一種。
limits := make(chan struct{}, 2)
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
// 緩沖區(qū)滿了就會阻塞在這
limits <- struct{}{}
do()
<-limits
}()
}
for {
select {
case a := <- testChanA:
// todo a
case b, ok := testChanB:
// todo b, 通過 ok 判斷 tesChanB 的關(guān)閉情況
default:
// 默認分支
}
}
func worker(testChan chan bool) {
for {
select {
// todo some
// case ...
case <- testChan:
testChan <- true
return
}
}
}
func main() {
testChan := make(chan bool)
go worker(testChan)
testChan <- true
<- testChan
}
testChan := make(chan bool)
close(testChan)
zeroValue := <- testChan
fmt.Println(zeroValue) // false
testChan <- true // panic: send on closed channel
注: 如果是 buffered channel, 即使被 close, 也可以讀到之前存入的值,讀取完畢后開始讀零值,寫入則會觸發(fā) panic
略
for range
c := make(chan int, 20)
go func() {
for i := 0; i < 10; i++ {
c <- i
}
close(c)
}()
// 當 c 被關(guān)閉后,取完里面的元素就會跳出循環(huán)
for x := range c {
fmt.Println(x)
}
func newUniqueIdService() <-chan string {
id := make(chan string)
go func() {
var counter int64 = 0
for {
id <- fmt.Sprintf("%x", counter)
counter += 1
}
}()
return id
}
func newUniqueIdServerMain() {
id := newUniqueIdService()
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(<- id)
}
}
略
func main() {
done := do()
select {
case <-done:
// logic
case <-time.After(3 * time.Second):
// timeout
}
}
demo
開源 im/goim 項目中的應(yīng)用
2.心跳
done := make(chan bool)
defer func() {
close(done)
}()
ticker := time.NewTicker(10 * time.Second)
go func() {
for {
select {
case <-done:
ticker.Stop()
return
case <-ticker.C:
message.Touch()
}
}
}()
}
func main() {
c := make(chan struct{})
for i := 0; i < 5; i++ {
go do(c)
}
close(c)
}
func do(c <-chan struct{}) {
// 會阻塞直到收到 close
<-c
fmt.Println("hello")
}
func channel() {
count := 10 // 最大并發(fā)
sum := 100 // 總數(shù)
c := make(chan struct{}, count)
sc := make(chan struct{}, sum)
defer close(c)
defer close(sc)
for i:=0; i<sum; i++ {
c <- struct{}
go func(j int) {
fmt.Println(j)
<- c // 執(zhí)行完畢,釋放資源
sc <- struct {}{} // 記錄到執(zhí)行總數(shù)
}
}
for i:=sum; i>0; i++ {
<- sc
}
}
這塊東西為什么放到 channel 之后,因為這里包含了一些低級庫,實際業(yè)務(wù)代碼中除了 context 之外用到都較少(比如一些鎖 mutex,或者一些原子庫 atomic),實際并發(fā)編程代碼中可以用 channel 就用 channel,這也是 go 一直比較推崇得做法 Share memory by communicating; don’t communicate by sharing memory
鎖,使用簡單,保護臨界區(qū)數(shù)據(jù)
使用的時候注意鎖粒度,每次加鎖后都要記得解鎖
Mutex demo
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
func main() {
var mutex sync.Mutex
wait := sync.WaitGroup{}
now := time.Now()
for i := 1; i <= 3; i++ {
wait.Add(1)
go func(i int) {
mutex.Lock()
time.Sleep(time.Second)
mutex.Unlock()
defer wait.Done()
}(i)
}
wait.Wait()
duration := time.Since(now)
fmt.Print(duration)
}
結(jié)果: 可以看到整個執(zhí)行持續(xù)了 3 s 多,內(nèi)部多個協(xié)程已經(jīng)被 “鎖” 住了。
RWMutex demo
注意: 這東西可以并發(fā)讀,不可以并發(fā)讀寫/并發(fā)寫寫,不過現(xiàn)在即便場景是讀多寫少也很少用到這,一般集群環(huán)境都得分布式鎖了。
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
var m *sync.RWMutex
func init() {
m = new(sync.RWMutex)
}
func main() {
go read()
go read()
go write()
time.Sleep(time.Second * 3)
}
func read() {
m.RLock()
fmt.Println("startR")
time.Sleep(time.Second)
fmt.Println("endR")
m.RUnlock()
}
func write() {
m.Lock()
fmt.Println("startW")
time.Sleep(time.Second)
fmt.Println("endW")
m.Unlock()
}
輸出:
可以對簡單類型進行原子操作
int32
int64
uint32
uint64
uintptr
unsafe.Pointer
可以進行得原子操作如下
增/減
比較并且交換
假定被操作的值未曾被改變, 并一旦確定這個假設(shè)的真實性就立即進行值替換
載入
為了原子的讀取某個值(防止寫操作未完成就發(fā)生了一個讀操作)
存儲
原子的值存儲函數(shù)
交換
原子交換
demo:增
package main
import (
"fmt"
"sync"
"sync/atomic"
)
func main() {
var sum uint64
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 100; i++ {
wg.Add(1)
go func() {
for c := 0; c < 100; c++ {
atomic.AddUint64(&sum, 1)
}
defer wg.Done()
}()
}
wg.Wait()
fmt.Println(sum)
}
結(jié)果:
waitGroup 是一個 waitGroup 對象可以等待一組 goroutinue 結(jié)束,但是他對錯誤傳遞,goroutinue 出錯時不再等待其他 goroutinue(減少資源浪費) 都不能很好的解決,那么 errGroup 可以解決這部分問題
注意
demo: errGroup
package main
import (
"golang.org/x/sync/errgroup"
"log"
"net/http"
)
func main() {
var g errgroup.Group
var urls = []string{
"https://github.com/",
"errUrl",
}
for _, url := range urls {
url := url
g.Go(func() error {
resp, err := http.Get(url)
if err == nil {
_ = resp.Body.Close()
}
return err
})
}
err := g.Wait()
if err != nil {
log.Fatal("getErr", err)
return
}
}
結(jié)果:
保證了傳入的函數(shù)只會執(zhí)行一次,這常用在單例模式,配置文件加載,初始化這些場景下。
demo:
times := 10
var (
o sync.Once
wg sync.WaitGroup
)
wg.Add(times)
for i := 0; i < times; i++ {
go func(i int) {
defer wg.Done()
o.Do(func() {
fmt.Println(i)
})
}(i)
}
wg.Wait()
結(jié)果:
go 開發(fā)已經(jīng)對他了解了太多
可以再多個 goroutinue 設(shè)置截止日期,同步信號,傳遞相關(guān)請求值
對他的說明文章太多了,詳細可以跳轉(zhuǎn)看這篇 一文理解 golang context
這邊列一個遇到得問題:
我們可以再每個 CPU 上進行循環(huán)無關(guān)的迭代計算,我們僅需要創(chuàng)建完所有的 goroutine 后,從 channel 中讀取結(jié)束信號進行計數(shù)即可。
這部分如需自己開發(fā),內(nèi)容其實可以分為兩部分能力去做
并發(fā)編程增強方案
工作流解決方案
需要去解決一些基礎(chǔ)問題
并發(fā)編程:
啟動 goroutine 時,增加防止程序 panic 能力
去封裝一些更簡單的錯誤處理方案,比如支持多個錯誤返回
限定任務(wù)的 goroutine 數(shù)量
工作流:
在每個工作流執(zhí)行到下一步前先去判斷上一步的結(jié)果
工作流內(nèi)嵌入一些攔截器
一般系統(tǒng)重要的查詢增加了緩存后,如果遇到緩存擊穿,那么可以通過任務(wù)計劃,加索等方式去解決這個問題,singleflight 這個庫也可以很不錯的應(yīng)對這種問題。
它可以獲取第一次請求得結(jié)果去返回給相同得請求 核心方法 Do 執(zhí)行和返回給定函數(shù)的值,確保某一個時間只有一個方法被執(zhí)行。
如果一個重復(fù)的請求進入,則重復(fù)的請求會等待前一個執(zhí)行完畢并獲取相同的數(shù)據(jù),返回值 shared 標識返回值 v 是否是傳遞給重復(fù)的調(diào)用請求。一句話形容他的功能,它可以用來歸并請求,但是最好加上超時重試等機制,防止第一個 執(zhí)行 得請求出現(xiàn)超時等異常情況導(dǎo)致同時間大量請求不可用。
場景: 數(shù)據(jù)變化量小(key 變化不頻繁,重復(fù)率高),但是請求量大的場景
demo
package main
import (
"golang.org/x/sync/singleflight"
"log"
"math/rand"
"sync"
"time"
)
var (
g singleflight.Group
)
const (
funcKey = "key"
times = 5
randomNum = 100
)
func init() {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
}
func main() {
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(times)
for i := 0; i < times; i++ {
go func() {
defer wg.Done()
num, err := run(funcKey)
if err != nil {
log.Fatal(err)
return
}
log.Println(num)
}()
}
wg.Wait()
}
func run(key string) (num int, err error) {
v, err, isShare := g.Do(key, func() (interface{}, error) {
time.Sleep(time.Second * 5)
num = rand.Intn(randomNum) //[0,100)
return num, nil
})
if err != nil {
log.Fatal(err)
return 0, err
}
data := v.(int)
log.Println(isShare)
return data, nil
}
連續(xù)執(zhí)行 3 次,返回結(jié)果如下,全部取了共享得結(jié)果:
但是注釋掉 time.Sleep(time.Second * 5) 再嘗試一次看看。
這次全部取得真實值
實踐: 伙伴部門高峰期可以減少 20% 的 Redis 調(diào)用, 大大減少了 Redis 的負載
注: 下面用到的方案因為開發(fā)時間較早,并不一定是以上多種方案中最優(yōu)的,選擇有很多種,使用那種方案只有有所考慮可以自圓其說即可。
建議: 項目中逐漸形成統(tǒng)一解決方案,從混亂到統(tǒng)一,逐漸小團隊內(nèi)對此類邏輯形成統(tǒng)一的一個解決標準,而不是大家對需求之外的控制代碼寫出各式各樣的控制邏輯。
批量校驗接口限頻單賬戶最高 100qps/s,整個系統(tǒng)多個校驗場景公用一個賬戶限頻需要限制批量校驗最高為 50~80 qps/s(需要預(yù)留令牌供其他場景使用,否則頻繁調(diào)用批量接口時候其他場景均會失敗限頻)。
1.使用 go routine 來并發(fā)進行三要素校驗,因為 go routinue,所以每次開啟 50 ~ 80 go routine 同時進行單次三要素校驗;
2.每輪校驗耗時 1s,如果所有 routinue 校驗后與校驗開始時間間隔不滿一秒,則需要主動程序睡眠至 1s,然后開始下輪校驗;
3.因為只是校驗場景,如果某次校驗失敗,最容易的原因其實是校驗方異常,或者被其他校驗場景再當前 1s 內(nèi)消耗過多令牌;那么整個批量接口返回 err,運營同學(xué)重新發(fā)起就好。
代碼需要進行的優(yōu)化點:
1.sleep 1s 這個操作可以從調(diào)用前開始計時,調(diào)用完成后不滿 1s 補充至 1s,而不是每次最長調(diào)用時間 elapsedTime + 1s;
2.通道中獲取的三要素校驗結(jié)果順序和入?yún)?shù)據(jù)數(shù)組順序不對應(yīng),這里通過兩種方案:
3.分組調(diào)用
getElementResponseConcurrent 方法時,傳入切片可以省略部分計算,直接使用切片表達式。
elementNum := len(elements)
m := elementNum / 80
n := elementNum % 80
if m < 1 {
if results, err := getElementResponseConcurrent(ctx, elements, conn, caller); err != nil {
return nil, err
} else {
response.Results = results
return response, nil
}
} else {
results := make([]int64, 0)
if n != 0 {
m = m + 1
}
var result []int64
for i := 1; i <= m; i++ {
if i == m {
result, err = getElementResponseConcurrent(ctx, elements[(i-1)*80:(i-1)*80+n], conn, caller)
} else {
result, err = getElementResponseConcurrent(ctx, elements[(i-1)*80:i*80], conn, caller)
}
if err != nil {
return nil, err
}
results = append(results, result...)
}
response.Results = results
}
// getElementResponseConcurrent
func getElementResponseConcurrent(ctx context.Context, elements []*api.ThreeElements, conn *grpc.ClientConn,
caller *api.Caller) ([]int64, error) {
results := make([]int64, 0)
var chResult = make(chan int64)
chanErr := make(chan error)
defer close(chanErr)
wg := sync.WaitGroup{}
faceIdClient := api.NewFaceIdClient(conn)
for _, element := range elements {
wg.Add(1)
go func(element *api.ThreeElements) {
param := element.Param
verificationRequest := &api.CheckMobileVerificationRequest{
Caller: caller,
Param: param,
}
if verification, err := faceIdClient.CheckMobileVerification(ctx, verificationRequest); err != nil {
chanErr <- err
return
} else {
result := verification.Result
chanErr <- nil
chResult <- result
}
defer wg.Done()
}(element)
}
for i := 0; i < len(elements); i++ {
if err := <-chanErr; err != nil {
return nil, err
}
var result = <-chResult
results = append(results, result)
}
wg.Wait()
time.Sleep(time.Second)
return results, nil
}
場景: 產(chǎn)品上線一年,逐步開始做數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計需求提供給運營使用,接入 Tdw 之前是直接采用接口讀歷史表進行的數(shù)據(jù)分析,涉及全量用戶的分析給用戶記錄打標簽,數(shù)據(jù)效率較低,所以采用并發(fā)分組方法,考慮協(xié)程比較輕量,從開始上線時間節(jié)點截止當前時間分共 100 組,代碼較為簡單。
問題: 本次接口不是上線最終版,核心分析方法僅測試環(huán)境少量數(shù)據(jù)就會有 N 多條慢查詢,所以這塊還需要去對整體資源業(yè)務(wù)背景問題去考慮,防止線上數(shù)據(jù)量較大還有慢查詢出現(xiàn) cpu 打滿。
func (s ServiceOnceJob) CompensatingHistoricalLabel(ctx context.Context,
request *api.CompensatingHistoricalLabelRequest) (response *api.CompensatingHistoricalLabelResponse, err error) {
if request.Key != interfaceKey {
return nil, transform.Simple("err")
}
ctx, cancelFunc := context.WithCancel(ctx)
var (
wg = new(sync.WaitGroup)
userRegisterDb = new(datareportdb.DataReportUserRegisteredRecords)
startNum = int64(0)
)
wg.Add(1)
countHistory, err := userRegisterDb.GetUserRegisteredCountForHistory(ctx, historyStartTime, historyEndTime)
if err != nil {
return nil, err
}
div := decimal.NewFromFloat(float64(countHistory)).Div(decimal.NewFromFloat(float64(theNumberOfConcurrent)))
f, _ := div.Float64()
num := int64(math.Ceil(f))
for i := 0; i < theNumberOfConcurrent; i++ {
go func(startNum int64) {
defer wg.Done()
for {
select {
case <- ctx.Done():
return
default:
userDataArr, err := userRegisterDb.GetUserRegisteredDataHistory(ctx, startNum, num)
if err != nil {
cancelFunc()
}
for _, userData := range userDataArr {
if err := analyseUserAction(userData); err != nil {
cancelFunc()
}
}
}
}
}(startNum)
startNum = startNum + num
}
wg.Wait()
return response, nil
}
實現(xiàn)思路和上面其實差不多,都是需要支持批量的特性,基本上現(xiàn)在業(yè)務(wù)中統(tǒng)一使用多協(xié)程處理。
基本上可以這樣理解這件事
一個 goroutine 啟動后沒有正常退出,而是直到整個服務(wù)結(jié)束才退出,這種情況下,goroutine 無法釋放,內(nèi)存會飆高,嚴重可能會導(dǎo)致服務(wù)不可用
goroutine 的退出其實只有以下幾種方式可以做到
大多數(shù)引起 goroutine 泄露的原因基本上都是如下情況
杜絕:
排查:
案例:
package main
import (
"fmt"
"net/http"
_ "net/http/pprof"
"runtime"
"time"
)
func toLeak() {
c := make(chan int)
go func() {
<-c
}()
}
func main() {
go toLeak()
go func() {
_ = http.ListenAndServe("0.0.0.0:8080", nil)
}()
c := time.Tick(time.Second)
for range c {
fmt.Printf("goroutine [nums]: %d\n", runtime.NumGoroutine())
}
}
輸出:
pprof:
復(fù)雜情況也可以用其他的可視化工具:
使用方便,支持鏈式調(diào)用
父協(xié)程捕獲子協(xié)程 panic
有鎖的地方就去用 channel 優(yōu)化,這句話可能有點絕對,肯定不是所有場景都可以做到,但是大多數(shù)場景絕 X 是可以的,干掉鎖去使用 channel 優(yōu)化代碼進行解耦絕對是一個有趣的事情。
分享一個很不錯的優(yōu)化 demo:
場景:
分析:
問題:
解決
增加鎖機制,解決針對鏈接池的并發(fā)問題發(fā)送消息也需要去加鎖因為要防止出現(xiàn) panic: concurrent write to websocket connection
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)延時,用戶新增時候還有消息再發(fā)送中,新加入的用戶就無法獲得鎖了,后面其他的相關(guān)操作都會被阻塞導(dǎo)致問題。
使用 channel 優(yōu)化:
2.使用通道
3.通道消息方法,代碼來自于開源項目 簡單聊天架構(gòu)演變:
// 處理所有管道任務(wù)
func (room *Room) ProcessTask() {
log := zap.S()
log.Info("啟動處理任務(wù)")
for {
select {
case c := <-room.register:
log.Info("當前有客戶端進行注冊")
room.clientsPool[c] = true
case c := <-room.unregister:
log.Info("當前有客戶端離開")
if room.clientsPool[c] {
close(c.send)
delete(room.clientsPool, c)
}
case m := <-room.send:
for c := range room.clientsPool {
select {
case c.send <- m:
default:
break
}
}
}
}
}
結(jié)果:
成功使用 channel 替換了鎖。
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