Go 语言：基于协程的并发模型
Go 语言最大的特色就是拥有可以高效实现并发的 goroutine，既然谈到并发，前几天看到一篇关于 Java 的并发模型解析，今天干脆来梳理一下 Go 语言开发并发编程模型。
c10k
c10k,即 Client 10000, 单机服务器同时服务10000个客户端。当然这是早期的并发瓶颈，现在早已经达到了 c1000k，甚至更高。但是 c10k 已经成了并发瓶颈的代名词。早期的服务器是基于进程/线程模型，每新来一个连接，就分配一个进程（线程）去处理这个连接。而进程（线程）在操作系统中，占有一定的资源。由于硬件的限制，进程（线程）的创建是有瓶颈的。另外进程（线程）的上下文切换也有成本：每次调度器调度线程，操作系统都要把线程的各种必要的信息，如程序计数器、堆栈、寄存器、状态等保存起来。
CPU 运算远远快于 I/O 操作。但是，一般而言，常见的互联网应用都是 I/O 密集型而非计算密集型。I/O 密集型是指，计算机 CPU 大量的时间都花在等待数据的输入输出，而不是计算。所以 CPU 大部分时间都在等待 I/O，CPU的资源就被浪费了。
所以，简单粗暴地开一个进程/线程去 handle 一个连接是不够的。为了达到高并发，我们就必须好好设计一下 I/O 策略。
在这之前，我们先来了解一下一些基本的I/O相关概念：
- 同步和异步：
同步和异步的区别就是对调用结果的获取方式，被动获取就是异步，主动获取就是同步。
同步，是调用对象主动查看调用的状态，随时等待，不可以同时做其他事情，主动轮询就是一个同步过程；
异步，则是其他线程（可能是被调用对象，也可能是一个帮助关注调用结果的中间对象）来通知调用对象，调用对象可以同时做其他事情，当调用结果更新，调用对象就会收到通知，再去处理调用结果 - 阻塞和非阻塞
阻塞和非阻塞的区别是调用后被调用对象是否立即返回，调用对象是不是在等待。
阻塞：A 调用完 B，就在调用处等待（阻塞），直到 B 方法返回才继续执行剩下的代码，这就是阻塞调用。
非阻塞：非阻塞则是 A 方法调用 B 方法，B 方法立即返回，A 可以继续执行下面的代码，不会等在这里，不会被该调用阻塞。
如何实现并发
并发：逻辑上具有处理多个同时性任务的能力。
显然，单进程/线程是没有办法同时处理多个任务的能力的，所以，我们需要引进多进程或者多线程。
多进程并发
主进程监听和管理连接，当有客户请求的时候，fork 一个子进程来处理连接，父进程继续等待其他客户的请求。但是进程占用服务器资源是比较多的，服务器负载会很高。
这种架构的最大的好处是隔离性，子进程万一 crash 并不会影响到父进程。缺点就是对系统的负担过重。
多进程开发在客户端开发比较多，例如QQ，微信等软件，其实多会开启多个线程处理。服务端采用这种方式开发一般有如下两种模式：
- Prefork MPM : 使用多个子进程，但每个子进程不包含多线程。每个进程只处理一个连接。在许多系统上它的速度和worker MPM一样快，但是需要更多的内存。这种无线程的设计在某些性况下优于 worker MPM，因为它可在应用于不具备线程安全的第三方模块上（如 PHP3/4/5），且在不支持线程调试的平台上易于调试，另外还具有比worker MPM更高的稳定性。
- Worker MPM : 使用多个子进程，每个子进程中又有多个线程。每个线程处理一个请求，该MPM通常对高流量的服务器是一个不错的选择。因为它比prefork MPM需要更少的内存且更具有伸缩性。
Apache 服务器就是基于以上两种模式实现并发的。
多线程并发
和多进程的方式类似，只不过是替换成线程。主线程负责监听、accept()连接，子线程（工作线程）负责处理业务逻辑和流的读取。子线程阻塞，同一进程内的其他线程不会被阻塞。
多线程的缺点就是：
- 要频繁地创建、销毁线程，一般可以用线程池进行优化。
- 要处理同步的问题，当多个线程请求同一个资源时，需要用锁之类的手段来保证线程安全。同步处理不好会影响数据的安全性，也会拉低性能。
- 一个线程的崩溃会导致整个进程的崩溃。
基于协程的并发
现在进入重点，Go 语言拥有协程这种高效并发的工具，协程是什么呢？
协程也称为用户态线程，是基于非抢占式的调度来实现的。进程、线程是操作系统级别的概念，而协程是编译器级别的。它运行在用户空间，不受系统调度。它有自己的调度算法。在上下文切换的时候，协程在用户空间切换，而不是陷入内核做线程的切换，减少了开销。简单地理解，就是 Go 编译器提供一套自己的 runtime（而非内核）来做调度，做上下文的保存和恢复，重新实现了一套自己独有的并发机制。系统的并发是时间片的轮转，单处理器交互执行不同的执行流，营造不同线程同时执行的感觉；而协程的并发，是单线程内控制权的轮转。相比抢占式调度，协程是主动让权，实现协作。协程的优势在于，相比回调的方式，写的异步代码可读性更强。缺点在于，因为是用户级线程，利用不了多核机器的并发执行。
在并发实现中，引入线程是为了分离进程的两个功能：资源分配和系统调度。让更细粒度、更轻量的线程来承担调度，减轻调度带来的开销。但线程还是不够轻量，因为调度是在内核空间进行的，每次线程切换都需要陷入内核，这个开销还是不可忽视的。协程则是把调度逻辑在用户空间里实现，通过自己模拟控制权的交接，来达到更加细粒度的控制。
Go 语言协程的调度可以参看我的前一篇文章[Go的GMP模型]()
知道协程的调度之后，我们来具体看看基于协程的并发模型
Java 中的的多线程编程，是用共享内存的方式来进行同步的。但当并行度变高，不确定性就增加了，需要用锁等机制保证正确性，但锁用得不好，容易拉低系统性能。所以，Go 语言有一种新的并发编程模型，用消息通信的方式来实现并发。
「GO 语言哲学」有一句话“Don’t communicate by sharing memory, share memory by communicating”（不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存），Go 的 CSP 就是基于这种思想的并发编程模型。
goroutine，对应发送消息的实体。 channel 对应 mailbox，是传递消息的载体。actor 和 mailbox 是耦合的。channel 是作为 first-class 独立存在的（这在 golang 中很明显），channel 是匿名的。mailbox 是异步的，channel 一般是同步的（在 golang 里，channel 有同步模式，也可以设置缓冲区大小实现异步）。
