Начни изучать конкурентность в Go с этого видео

Параллелизм в Go - это многогранная, развивающаяся тема, которая лежит в основе широкой популярности языка, несмотря на некоторые нерешенные проблемы. В тексте подчеркивается важность понимания параллелизма для решения задач собеседования и разработки надежного производственного кода. Представлена новая серия тематических видеороликов, в которых эта обширная тема разбита на понятные практические разделы с наглядными примерами программирования. Этот подход позволяет как новичкам, так и опытным разработчикам получить жизненно важное представление о том, как Go обрабатывает параллельные операции в своей основе.

Простое асинхронное выполнение в Go Встроенный в Go параллелизм позволяет функциям запускаться асинхронно с помощью простого вызова go, обеспечивая параллельное выполнение без дополнительных шаблонов. Анонимные функции и стандартные вызовы могут запускаться одновременно, позволяя операциям выполняться на одном и том же или разных процессорных ядрах. Этот язык абстрагирует от сложного управления потоками, предлагая простой путь к написанию параллельного кода.

Процедуры перехода и динамика планировщика Подпрограммы в Go - это функции, которые выполняются одновременно, позволяя нескольким задачам выполняться параллельно без проблем. Планировщик времени выполнения Go автоматически управляет этими подпрограммами, определяя, какой поток или ядро будет выполнять каждую задачу. Такой подход к параллелизму, часто обсуждаемый в технических дискуссиях, демонстрирует эффективность Go в работе с асинхронной многоядерной обработкой.

Подводные камни в планировании и выполнении подпрограмм Неконтролируемое планирование в параллельных программах приводит к тому, что основная подпрограмма завершается раньше, чем запускаемые ею подпрограммы, что приводит к отсутствию выходных данных. Порядок выполнения остается за планировщиком времени выполнения, который может задерживать или пропускать такие подпрограммы, как G1. Эта непредсказуемость приводит к таким проблемам, как скачки данных и утечки из подпрограммы. Осознание этих проблем имеет важное значение для правильного управления параллельными операциями.

Надежная синхронизация с точками соединения и группами Механизм объединения может быть реализован для обеспечения того, чтобы все параллельные процедуры завершались до завершения основного потока. Добавляя точку объединения или используя групповую конструкцию, каждая программа сигнализирует о своем завершении до завершения программы. Передача процедур по ссылке на группу предотвращает непреднамеренное дублирование и обеспечивает надлежащую координацию. Эти методы синхронизации гарантируют надежное выполнение всех запланированных выходных данных.

Постоянно работающий веб-сервер выполняет задачи без строгой синхронизации каждой процедуры, что позволяет избежать возможных задержек. В типичном механизме кэширования система сначала пытается извлечь данные из кэша и, в случае их отсутствия, извлекает их из базы данных перед обновлением кэша. Синхронные операции могут замедлить обработку запросов, поэтому асинхронное обновление кэша в фоновом режиме предотвращает блокировку. Этот подход демонстрирует, что полная синхронизация не всегда необходима для эффективной работы.

Многочисленные процедуры, обновляющие общий ресурс без синхронизации, приводят к возникновению проблем, которые приводят к непредсказуемым результатам. Демонстрация показывает, что когда тысяча одновременных операций пытаются увеличить баланс на единицу, ожидаемая сумма не достигается. Вместо этого итоговый баланс оказывается ниже, поскольку одновременный доступ мешает правильному накоплению. Это подчеркивает острую необходимость эффективной синхронизации для поддержания согласованности данных в многопоточных средах.

Атомарность имеет решающее значение при параллельных вычислениях, чтобы гарантировать, что операции, изменяющие общие данные, дают правильные результаты. Неатомарное приращение, разделенное на чтение, добавление единицы и обратную запись, может привести к "гонке", когда несколько подпрограмм одновременно обращаются к одной и той же памяти. Например, если две процедуры считывают одно и то же начальное значение, прежде чем каждая из них добавит по одному, конечный результат будет ошибочно ниже ожидаемого. Рассмотрение всей операции как неделимой транзакции, аналогичной транзакции базы данных, гарантирует целостность данных, предотвращая чередующееся выполнение.

Использование атомной переменной вместо стандартного целого числа гарантирует, что операции выполняются атомарно. Этот метод позволяет выполнять такие операции, как увеличение атомной переменной, так что каждая процедура безопасно добавляет одну единицу без помех, гарантируя конечное значение. Функция, используемая для считывания атомарного значения, гарантирует, что она последовательно возвращает ожидаемый результат, равный 1000, эффективно превращая неатомарную операцию в атомарную. Более подробная информация об атомарности на уровне команд процессора будет рассмотрена в следующем подробном видео.

Перегрузка данных может возникнуть, когда параллельные процедуры взаимодействуют друг с другом, приводя к несогласованным результатам, даже если кажется, что тесты проходят в нормальных условиях. Простой пример с тремя подпрограммами показывает, что повторный запуск программы может привести к неожиданным результатам, выявляющим основное условие перегрузки. Использование флага "go run -race" обнаруживает эти неуловимые проблемы, сигнализируя о небезопасном доступе к общим данным и предлагая переключиться на атомарные операции для обеспечения согласованного поведения.

Мониторинг В Режиме Реального Времени Выявляет Несогласованные Атомарные Операции Система отслеживания пожертвований использует атомарные операции для обновления двух счетчиков в режиме реального времени, в то время как статистика отображается в бесконечном цикле. Непрерывный мониторинг показывает, что, хотя количество пожертвований и денежные суммы увеличиваются, компилятор рассматривает эти операции как независимые. Такое разделение означает, что система может отображать несовпадающие значения даже при обнаружении расовой принадлежности, выявляя уязвимость в предполагаемом соотношении "один к одному".

Синхронизация зависимых обновлений для устранения несоответствий Выполняется условие, гарантирующее, что денежное значение всегда будет равно количеству пожертвований, поддерживая согласованное состояние. Когда значения расходятся (например, при получении дополнительных денежных средств по сравнению с пожертвованиями), система обнаруживает ошибку и останавливает выполнение. Объединяя эти две операции в единое, атомарное обновление, дизайн гарантирует, что количество денежных средств и пожертвований останется неразрывно связанным.

Атомарные транзакции с помощью стратегической блокировки Процедура создания текста блокирует ресурс перед выполнением серии операций и разблокирует его после, гарантируя, что в любой момент доступ будет иметь только одна процедура. Этот подход эффективно объединяет операции в одно атомарное действие, предотвращая вмешательство параллельных процедур. Даже при выполнении тысяч операций механизм блокировки гарантирует, что каждая транзакция обеспечивает получение согласованных данных без каких-либо проблем.

Улучшенный параллелизм благодаря синхронизации чтения и записи В проекте заменены ненужные атомарные операции на простые методы чтения, что упрощает процесс. Когда задействовано несколько считывателей, может быть реализован мьютекс readers-writer, позволяющий осуществлять одновременный доступ для чтения, сохраняя при этом исключительный контроль во время записи. Эта стратегия повышает производительность, позволяя нескольким считывателям получать доступ к данным одновременно, что повышает общую эффективность, даже если в данном сценарии используется только один считыватель.

Атомарные операции формируют базовую низкоуровневую конструкцию в параллельных системах. Они могут быть реализованы с помощью таких механизмов, как channels или myuk, но по своей сути не учитывают рутинные состояния. Примитивы более высокого уровня, такие как каналы, построенные на Amika, требуют явных подключений (например, MX) для соединения отдельных компонентов. В дальнейших обсуждениях будет подробно описано, когда использовать каждый примитив, но суть остается в том, что atomic представляет базовый уровень.

Конструкция канала и механика его перекрытия Создается канал с определенным ключевым словом и типом данных, который служит высокоуровневой структурой для передачи информации между подпрограммами. Он функционирует как канал, который синхронизирует обмен данными, не прибегая к явному общему доступу к ресурсам. Операции записи в канал и чтения из него по своей сути являются блокирующими, гарантируя, что действие завершается только тогда, когда выполняется соответствующая операция, что при неправильном управлении может привести к взаимоблокировке.

Скоординированная Передача Данных Между Программами Несколько подпрограмм могут безопасно передавать данные по каналам, объединяя значения из разных источников в единый поток. Блокирующий характер операций с каналами гарантирует, что каждое передаваемое число будет получено правильно, даже если порядок выполнения меняется из-за планирования. Этот метод демонстрирует эффективное использование каналов для межпрограммной связи без обращения к дополнительным механизмам синхронизации.

Моделирование случайной рабочей нагрузки Функция имитирует переменную рабочую нагрузку, задерживая выполнение на случайное количество секунд до определенного максимального значения (например, на 5 секунд), имитируя такие операции, как вызовы базы данных или взаимодействия с внешними службами. При последовательном запуске общее время выполнения может составлять от 100 до 500 секунд, если выполнить его 100 раз. Задача состоит в том, чтобы запускать эти задачи одновременно, чтобы, несмотря на общий объем работы, основное выполнение завершалось примерно за 5 секунд.

Одновременное суммирование продолжительности работы Для отслеживания и агрегирования времени, затраченного на выполнение каждой параллельной задачи, используются две стратегии: одна использует прямое сравнение временных меток, а другая использует канал для сбора данных о задержке каждой задачи. В канальном методе каждая процедура записывает свою случайную задержку в общий канал, а такие методы синхронизации, как блокировки, обеспечивают точное накопление. Оба подхода гарантируют, что, хотя отдельные задачи занимают значительное общее рабочее время, основной процесс остается ограниченным 5-секундным окном.

Параллелизм Обеспечивает значительную экономию Времени Результаты экспериментов показывают, что эффективный параллелизм может сократить потенциальную нагрузку в несколько сотен секунд до 5-секундного интервала выполнения. Использование каналов и синхронизированных процедур значительно экономит время, сокращая общую задержку примерно на 240 секунд по сравнению с последовательной обработкой. Этот подход демонстрирует мощь параллелизма для решения сложных, повторяющихся задач и закладывает основу для дальнейшего изучения передовых методов работы с каналами.