本文深入探讨go语言中扇入（fan-in）并发模式在实际运行时可能出现的顺序执行现象。我们将揭示go调度器与`gomaxprocs`参数的内在机制，解释为何多协程在默认设置下可能无法充分并行。通过配置`runtime.gomaxprocs`来利用多核cpu，读者将学会如何正确实现并观察真正的并发执行，从而优化go应用程序的性能。
Go语言以其强大的并发原语而闻名，其中“扇入”（Fan-In）模式是一种常见的并发模式，用于将多个并发源的输出合并到一个单一的通道中。这种模式允许我们从不同的服务或协程中收集数据，并以统一的方式进行处理，而无需关心数据来源于哪个具体的并发实体。
考虑一个简单的场景，我们有两个“无聊”的服务，它们各自以随机间隔生成消息。我们希望将这两个服务的输出合并到一个通道中，并按消息到达的顺序进行处理。以下是实现这一模式的典型Go代码结构：
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"time"
"runtime" // 引入runtime包
)
// boring 函数模拟一个持续生成消息的服务
func boring(msg string) <-chan string {
c := make(chan string)
go func() { // 在独立的goroutine中运行
for i := 0; ; i++ {
c <- fmt.Sprintf("%s %d", msg, i) // 发送消息到通道
time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1e3)) * time.Millisecond) // 随机暂停
}
}()
return c
}
// fanIn 函数实现扇入模式，将两个输入通道的输出合并到一个通道
func fanIn(in1, in2 <-chan string) <-chan string {
c := make(chan string)
go func() { // goroutine 1: 从in1读取并写入c
for {
c <- <-in1
}
}()
go func() { // goroutine 2: 从in2读取并写入c
for {
c <- <-in2
}
}()
return c
}
func main() {
// 在main函数中调用fanIn来合并两个boring服务的输出
c := fanIn(boring("Joe"), boring("Ann"))
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(<-c)
}
fmt.Println("You're both boring: I'm leaving")
}这段代码创建了两个boring协程，它们各自向自己的通道发送消息。fanIn函数又创建了两个协程来从这两个通道读取数据，并将它们“扇入”到一个公共通道c中。直观上，我们期望从c中读取到的消息是Joe和Ann交替出现，或者至少是随机顺序，因为它们都在独立的协程中运行，并且有随机的延迟。
然而，在某些运行环境下，上述代码的输出可能并非预期的随机或交替，而是呈现出高度的确定性顺序，例如：
Joe 0 Ann 0 Joe 1 Ann 1 Joe 2 Ann 2 ...
这种现象会让开发者感到困惑：明明启动了多个协程，为何输出却如此顺序，仿佛它们是在串行执行？这似乎与Go语言提倡的并发模型相悖。
要理解这种现象，我们需要深入了解Go语言的运行时调度器以及GOMAXPROCS参数的作用。
Go调度器是Go运行时的一个核心组件，负责将Go协程（goroutines）调度到操作系统线程（OS threads）上执行。Go协程是轻量级的，由Go运行时管理，而不是直接由操作系统管理。一个Go程序可以创建成千上万个协程，而这些协程最终会复用数量有限的操作系统线程。
GOMAXPROCS 参数决定了Go运行时可以同时使用的操作系统线程的最大数量。这些线程被称为“处理器”（Processor，P），每个P可以运行一个M（Machine，操作系统线程），M又可以运行一个G（Goroutine）。
为了让Go程序能够充分利用多核CPU，实现真正的并行执行，我们需要将 GOMAXPROCS 设置为一个大于1的值，通常是机器的CPU核心数。
解决方案：
使用 runtime.GOMAXPROCS 函数： 在程序启动时，通过调用 runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU()) 来设置 GOMAXPROCS 的值为当前机器的CPU核心数。这是最常见且推荐的做法，因为它能够使程序在不同机器上自动适应其硬件配置。
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"runtime" // 引入runtime包
"time"
)
// boring 和 fanIn 函数与之前相同
func boring(msg string) <-chan string {
c := make(chan string)
go func() {
for i := 0; ; i++ {
c <- fmt.Sprintf("%s %d", msg, i)
time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1e3)) * time.Millisecond)
}
}()
return c
}
func fanIn(in1, in2 <-chan string) <-chan string {
c := make(chan string)
go func() { for { c <- <-in1 } }()
go func() { for { c <- <-in2 } }()
return c
}
func main() {
// 关键更改：设置GOMAXPROCS为CPU核心数
fmt.Println("NumCPU:", runtime.NumCPU())
runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
c := fanIn(boring("Joe"), boring("Ann"))
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(<-c)
}
fmt.Println("You're both boring: I'm leaving")
}通过添加 runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())，Go运行时现在可以启动与CPU核心数相同数量的OS线程来执行协程。这将允许Joe和Ann的boring协程以及fanIn内部的读取协程在不同的OS线程上真正并行运行，从而产生非确定性的交错输出。
设置 GOMAXPROCS 环境变量： 在运行Go程序之前，可以通过设置 GOMAXPROCS 环境变量来指定其值。 例如，在Linux/macOS上：
GOMAXPROCS=4 go run your_program.go
或者在Windows上：
set GOMAXPROCS=4 go run your_program.go
这种方式通常用于测试或临时调整，但在生产环境中，使用 runtime.GOMAXPROCS 函数更为灵活和推荐。
Go语言的扇入（Fan-In）并发模式是构建响应式、高效应用程序的强大工具。然而，要充分发挥其并行潜力，理解Go调度器和 GOMAXPROCS 参数至关重要。当观察到多协程应用呈现顺序执行时，这通常是 GOMAXPROCS 设置为 1 的信号。通过在程序启动时显式调用 runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU()) 或设置 GOMAXPROCS 环境变量，我们可以指示Go运行时利用所有可用的CPU核心，从而实现真正的并行执行，并观察到协程之间非确定性的交错行为。这不仅能解决看似“顺序”的问题，更能确保Go应用程序在多核处理器上获得最佳性能。
以上就是Go并发中的扇入模式与GOMAXPROCS调度深度解析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！
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