go语言防止协程阻塞 golang 协程安全
为什么go语言适合开发网游服务器端
前段时间在golang-China读到这个贴:
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个人觉得golang十分适合进行网游服务器端开发,写下这篇文章总结一下。
从网游的角度看:
要成功的运营一款网游,很大程度上依赖于玩家自发形成的社区。只有玩家自发形成一个稳定的生态系统,游戏才能持续下去,避免鬼城的出现。而这就需要多次大量导入用户,在同时在线用户量达到某个临界点的时候,才有可能完成。因此,多人同时在线十分有必要。
再来看网游的常见玩法,除了排行榜这类统计和数据汇总的功能外,基本没有需要大量CPU时间的应用。以前的项目里,即时战斗产生的各种伤害计算对CPU的消耗也不大。玩家要完成一次操作,需要通过客户端-服务器端-客户端这样一个来回,为了获得高响应速度,满足玩家体验,服务器端的处理也不能占用太多时间。所以,每次请求对应的CPU占用是比较小的。
网游的IO主要分两个方面,一个是网络IO,一个是磁盘IO。网络IO方面,可以分成美术资源的IO和游戏逻辑指令的IO,这里主要分析游戏逻辑的IO。游戏逻辑的IO跟CPU占用的情况相似,每次请求的字节数很小,但由于多人同时在线,因此并发数相当高。另外,地图信息的广播也会带来比较频繁的网络通信。磁盘IO方面,主要是游戏数据的保存。采用不同的数据库,会有比较大的区别。以前的项目里,就经历了从MySQL转向MongoDB这种内存数据库的过程,磁盘IO不再是瓶颈。总体来说,还是用内存做一级缓冲,避免大量小数据块读写的方案。
针对网游的这些特点,golang的语言特性十分适合开发游戏服务器端。
首先,go语言提供goroutine机制作为原生的并发机制。每个goroutine所需的内存很少,实际应用中可以启动大量的goroutine对并发连接进行响应。goroutine与gevent中的greenlet很相像,遇到IO阻塞的时候,调度器就会自动切换到另一个goroutine执行,保证CPU不会因为IO而发生等待。而goroutine与gevent相比,没有了python底层的GIL限制,就不需要利用多进程来榨取多核机器的性能了。通过设置最大线程数,可以控制go所启动的线程,每个线程执行一个goroutine,让CPU满负载运行。
同时,go语言为goroutine提供了独到的通信机制channel。channel发生读写的时候,也会挂起当前操作channel的goroutine,是一种同步阻塞通信。这样既达到了通信的目的,又实现同步,用CSP模型的观点看,并发模型就是通过一组进程和进程间的事件触发解决任务的。虽然说,主流的编程语言之间,只要是图灵完备的,他们就都能实现相同的功能。但go语言提供的这种协程间通信机制,十分优雅地揭示了协程通信的本质,避免了以往锁的显式使用带给程序员的心理负担,确是一大优势。进行网游开发的程序员,可以将游戏逻辑按照单线程阻塞式的写,不需要额外考虑线程调度的问题,以及线程间数据依赖的问题。因为,线程间的channel通信,已经表达了线程间的数据依赖关系了,而go的调度器会给予妥善的处理。
另外,go语言提供的gc机制,以及对指针的保护式使用,可以大大减轻程序员的开发压力,提高开发效率。
展望未来,我期待go语言社区能够提供更多的goroutine间的隔离机制。个人十分推崇erlang社区的脆崩哲学,推动应用发生预期外行为时,尽早崩溃,再fork出新进程处理新的请求。对于协程机制,需要由程序员保证执行的函数不会发生死循环,导致线程卡死。如果能够定制goroutine所执行函数的最大CPU执行时间,及所能使用的最大内存空间,对于提升系统的鲁棒性,大有裨益。
go语言无缓冲的channel
无缓冲的通道(unbuffered channel)是指在接收前没有能力保存任何值的通道。
这种类型的通道要求发送goroutine和接收goroutine同时准备好,才能完成发送和接收操作。否则,通道会导致先执行发送或接收操作的 goroutine 阻塞等待。
这种对通道进行发送和接收的交互行为本身就是同步的。其中任意一个操作都无法离开另一个操作单独存在。
阻塞:由于某种原因数据没有到达,当前协程(线程)持续处于等待状态,直到条件满足,才接触阻塞。
同步:在两个或多个协程(线程)间,保持数据内容一致性的机制。
下图展示两个 goroutine 如何利用无缓冲的通道来共享一个值:
在第 1 步,两个 goroutine 都到达通道,但哪个都没有开始执行发送或者接收。
在第 2 步,左侧的 goroutine 将它的手伸进了通道,这模拟了向通道发送数据的行为。这时,这个 goroutine 会在通道中被锁住,直到交换完成。
在第 3 步,右侧的 goroutine 将它的手放入通道,这模拟了从通道里接收数据。这个 goroutine 一样也会在通道中被锁住,直到交换完成。
在第 4 步和第 5 步,进行交换,并最终,在第 6 步,两个 goroutine 都将它们的手从通道里拿出来,这模拟了被锁住的 goroutine 得到释放。两个 goroutine 现在都可以去做别的事情了。
如果没有指定缓冲区容量,那么该通道就是同步的,因此会阻塞到发送者准备好发送和接收者准备好接收。
无缓冲channel: —— 同步通信
Go语言设计与实现(上)
基本设计思路:
类型转换、类型断言、动态派发。iface,eface。
反射对象具有的方法:
编译优化:
内部实现:
实现 Context 接口有以下几个类型(空实现就忽略了):
互斥锁的控制逻辑:
设计思路:
(以上为写被读阻塞,下面是读被写阻塞)
总结,读写锁的设计还是非常巧妙的:
设计思路:
WaitGroup 有三个暴露的函数:
部件:
设计思路:
结构:
Once 只暴露了一个方法:
实现:
三个关键点:
细节:
让多协程任务的开始执行时间可控(按顺序或归一)。(Context 是控制结束时间)
设计思路: 通过一个锁和内置的 notifyList 队列实现,Wait() 会生成票据,并将等待协程信息加入链表中,等待控制协程中发送信号通知一个(Signal())或所有(Boardcast())等待者(内部实现是通过票据通知的)来控制协程解除阻塞。
暴露四个函数:
实现细节:
部件:
包: golang.org/x/sync/errgroup
作用:开启 func() error 函数签名的协程,在同 Group 下协程并发执行过程并收集首次 err 错误。通过 Context 的传入,还可以控制在首次 err 出现时就终止组内各协程。
设计思路:
结构:
暴露的方法:
实现细节:
注意问题:
包: "golang.org/x/sync/semaphore"
作用:排队借资源(如钱,有借有还)的一种场景。此包相当于对底层信号量的一种暴露。
设计思路:有一定数量的资源 Weight,每一个 waiter 携带一个 channel 和要借的数量 n。通过队列排队执行借贷。
结构:
暴露方法:
细节:
部件:
细节:
包: "golang.org/x/sync/singleflight"
作用:防击穿。瞬时的相同请求只调用一次,response 被所有相同请求共享。
设计思路:按请求的 key 分组(一个 *call 是一个组,用 map 映射存储组),每个组只进行一次访问,组内每个协程会获得对应结果的一个拷贝。
结构:
逻辑:
细节:
部件:
如有错误,请批评指正。
标题名称:go语言防止协程阻塞 golang 协程安全
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