了解 Goroutine

7 分鐘

並行是各種獨立活動的組成，類似於網頁伺服器同時處理多名使用者要求時所執行的工作，但是是自發性執行。現今許多程式中都可以看見並行的影子。網頁伺服器就是其中一例，而在批次處理大量資料的作業中，也會需要並行。

Go 提供兩種方式，讓您編寫並行程式。其中之一種是傳統的方法，您可能曾在其他語言的執行緒使用過。在本課程模組中，您將學習 Go 的方法，值會在稱為 goroutines 的獨立活動之間傳遞，以傳遞處理序。

若您是第一次學習並行，建議您另外花一點時間，檢閱我們將陸續撰寫的各個程式碼片段作為練習。

Go 的並行方法

一般而言，編寫並行程式的最大問題，在處理序之間的資料共用。 Go 採用的通訊方法，與其他程式設計語言不同，因為 Go 透過通道來回傳遞資料。這個方法意指只有一項活動 (Goroutine) 可以存取資料，而且根據設計不會出現任何競爭狀況。當您了解本課程模組中的 Goroutine 與通道後，您將會更了解 Go 處理並行的方法。

Go 的方法可以由下列語句摘要說明 ：「請勿透過共用記憶體進行通訊; 反之，藉由通訊來共用記憶體。」 我們將在下列章節中討論這種方法，但您也可以在 Go 部落格文章透過通訊共用記憶體來深入了解。

一如稍早所言，Go 也包含低層級的並行基本類型。但我們只會討論本課程模組中適用於並行的 Go 慣用方法。

讓我們從探索 Goroutine 開始。

Goroutine

Goroutine 是輕量執行緒中的並行活動，而不是作業系統中的傳統活動。假設您有一個程式會寫入輸出，另有一個函數會執行計算 (例如兩個數字相加)。並行程式可有幾個 Goroutine 同時呼叫這兩個函式。

我們可以說，程式執行的第一個 Goroutine 是 main() 函式。您若要建立另一個 Goroutine，必須在呼叫函式之前使用 go 關鍵字，如下所示：

func main(){
    login()
    go launch()
}

或者，您會發現許多程式偏好使用匿名函式來建立 Goroutine，如這個程式碼中：

func main(){
    login()
    go func() {
        launch()
    }()
}

讓我們撰寫並行程式，看看 goroutines 實際運作的狀況。

撰寫並行程式

因為我們只想著重在並行部分，所以我們要使用現有的程式，檢查 API 端點是否有回應。程式碼如下：

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
    "time"
)

func main() {
    start := time.Now()

    apis := []string{
        "https://management.azure.com",
        "https://dev.azure.com",
        "https://api.github.com",
        "https://outlook.office.com/",
        "https://api.somewhereintheinternet.com/",
        "https://graph.microsoft.com",
    }

    for _, api := range apis {
        _, err := http.Get(api)
        if err != nil {
            fmt.Printf("ERROR: %s is down!\n", api)
            continue
        }

        fmt.Printf("SUCCESS: %s is up and running!\n", api)
    }

    elapsed := time.Since(start)
    fmt.Printf("Done! It took %v seconds!\n", elapsed.Seconds())
}

當您執行上述程式碼時，會得到如下的輸出：

SUCCESS: https://management.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://dev.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://api.github.com is up and running!
SUCCESS: https://outlook.office.com/ is up and running!
ERROR: https://api.somewhereintheinternet.com/ is down!
SUCCESS: https://graph.microsoft.com is up and running!
Done! It took 1.658436834 seconds!

雖然這裡沒有出現什麼異常，但我們可以做得更好。或許我們可以同時檢查所有網站？這個程式只需要不到 500 毫秒就能完成，不再需要將近 2 秒鐘的時間。

請注意，需要並行執行的程式碼部分，才會對網站發出 HTTP 呼叫。換言之，我們必須為程式所要檢查的每一個 API 建立 Goroutine。

若要建立 Goroutine，必須在呼叫函式之前，使用 go 關鍵字, 但我們還沒有任何函式。我們可以重構該程式碼，建立新的函式，如下所示：

func checkAPI(api string) {
    _, err := http.Get(api)
    if err != nil {
        fmt.Printf("ERROR: %s is down!\n", api)
        return
    }

    fmt.Printf("SUCCESS: %s is up and running!\n", api)
}

請注意，因為我們不在 for 迴圈中，所以不再需要 continue 關鍵字。要停止該函式的執行流程，我們使用 return 關鍵字。現在，我們需要修改 main() 函式中的程式碼，為每個 API 建立 Goroutine，如下所示：

for _, api := range apis {
    go checkAPI(api)
}

重新執行程式，看看會產生什麼結果。

看來程式不檢查 API 了，對吧？您應該會看到如下的輸出：

Done! It took 1.506e-05 seconds!

超快！發生什麼事？您會看到最後一則訊息，指出程式已完成，因為 Go 為迴圈內的每個網站建立了 goroutine，並立即進入下一行。

儘管 checkAPI 函式看起來像沒有執行，但實際上卻是有在執行，只是來不及完成。看看若是在迴圈之後加入睡眠計時器，將會產生什麼結果？如下所示：

for _, api := range apis {
    go checkAPI(api)
}

time.Sleep(3 * time.Second)

現在當您重新執行程式時，可能會出現如下的輸出：

ERROR: https://api.somewhereintheinternet.com/ is down!
SUCCESS: https://api.github.com is up and running!
SUCCESS: https://management.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://dev.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://outlook.office.com/ is up and running!
SUCCESS: https://graph.microsoft.com is up and running!
Done! It took 3.002114573 seconds!

看似正常運作對吧？可惜不盡然。若您想要將網站新增至清單中，該怎麼做？ 3 秒鐘的時間或許不太夠。您如何「預知」？你無此權限。確實還有更好的方法，我們將會在下一節討論通道時一併探討。

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Go 的並行方法

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