Go(Golang)中的channel与sync.WaitGroup在多进程通信与同步任务中的应用实践

一、引言

随着科技的发展，多进程之间的通信和同步变得越来越重要。在众多编程语言的大军里，Go（也有个昵称叫Golang）凭着它那超凡的并发处理能力和无比强大的网络功能，成功圈粉了一大批开发者，让他们爱不释手呢！今天，我们就来看看如何使用Go处理多进程间的通信和同步。

二、使用channel进行通信和同步

1. channel的基本概念

在Go中，channel是一种特殊的类型，它可以让不同的goroutine（Go程序中的轻量级线程）之间进行数据传递和同步操作。你可以把channel想象成是goroutine之间的秘密小隧道，它们通过这个隧道来传递信息和交换数据，就像我们平时排队传话或者扔纸飞机那样，只不过在程序的世界里，它们是在通过管道进行通信啦。如下是一个简单的channel的例子：

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func send(msg string, ch chan<- string) {
	fmt.Println("Sending:", msg)
	ch <- msg
}
func receive(ch <-chan string) string {
	msg := <-ch
	fmt.Println("Receiving:", msg)
	return msg
}
func main() {
	ch := make(chan string)
	go send("Hello", ch)
	msg := receive(ch)
	fmt.Println("Done:", msg)
}

在这个例子中，我们定义了一个send函数和一个receive函数，分别用来发送和接收数据。然后我们捣鼓出了一个channel，就像建了个信息传输的通道。在程序的大脑——主函数那里，我们让它同时派出两个“小分队”——也就是goroutine，一个负责发送数据，另一个负责接收数据，这样一来，数据就在它们之间飞快地穿梭起来了。运行这个程序，我们会看到输出结果为：

Sending: Hello
Receiving: Hello
Done: Hello

可以看到，两个goroutine通过channel成功地进行了数据交换。

2. 使用channel进行同步

除了用于数据交换外，channel还可以用于同步goroutine。当一个goroutine在channel那儿卡壳了，等待着消息时，其他goroutine完全不受影响，可以该干嘛干嘛，继续欢快地执行任务。这样一来，咱们就能妥妥地防止多个并发执行的小家伙（goroutine）一起挤进共享资源的地盘，从而成功避开那些让人头疼的数据冲突问题啦。例如，我们可以使用channel来控制任务的执行顺序：

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int) {
	for j := range jobs {
		time.Sleep(time.Duration(j)*time.Millisecond)
		results <- id 
j
	}
}
func main() {
	jobs := make(chan int, 100)
	results := make(chan int, 100)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go worker(i, jobs, results)
	}
	for i := 0; i < 50; i++ {
		jobs <- i
	}
	close(jobs)
	var sum int
	for r := range results {
		sum += r
	}
	fmt.Println("Sum:", sum)
}

在这个例子中，我们定义了一个worker函数，用来处理任务。每个worker都从jobs channel读取任务，并将结果写入results channel。然后呢，我们在main函数里头捣鼓出10个小弟worker，接着一股脑向那个叫jobs的通道塞了50个活儿。最后一步，咱们先把那个jobs通道给关了，然后从results通道里把所有结果都捞出来，再把这些结果加一加算个总数。运行这个程序，我们会看到输出结果为：

// 示例如下
Sum: 12750

可以看到，所有的任务都被正确地处理了，并且处理顺序符合我们的预期。

三、使用waitgroup进行同步

除了使用channel外，Go还提供了一种更高级别的同步机制——WaitGroup。WaitGroup允许我们在一组goroutine完成前等待其全部完成。比如，我们可以在主程序里头创建一个WaitGroup对象，然后每当一个新的并发任务（goroutine）开始执行时，就像在小卖部买零食前先拍一下人数统计器那样，给这个WaitGroup调用Add方法加一记数。等到所有并发任务都嗨皮地完成它们的工作后，再挨个儿调用Done方法，就像任务们一个个走出门时，又拍一下统计器减掉一个人数。当计数器变为0时，主函数就会结束。

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
)
func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {
	defer wg.Done()
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Printf("Worker %d did something.\n", id)
	}
}
func main() {
	wg := sync.WaitGroup{}
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go worker(i, &wg)