Golang 言語の機能が明らかに: 並列コンピューティングと同時実行モデル

Golang 言語の機能が明らかに: 並列コンピューティングと同時実行モデル

Go 言語 (Golang) は、Google によって開発されたオープンソース プログラミング言語であり、そのシンプルで効率的な設計と優れた同時実行サポートで有名です。この記事では、Golang の並列コンピューティングと同時実行モデル、およびそれらを使用してプログラムのパフォーマンスを向上させる方法について説明します。

1. 並列コンピューティング

並列コンピューティングとは、複数のコンピューティング タスクを同時に実行できる機能を指します。複数のプロセッサまたはプロセッサ コアを利用することでプログラムの実行を高速化します。 Golang では、ゴルーチンとチャネルを使用して並列コンピューティングを実装できます。

1. Goroutine

Goroutine は Golang の軽量の実行ユニットであり、他の Goroutine と同時に実行できます。オペレーティング システムのスレッドと比較して、Goroutine は開始および破棄が速く、メモリの使用量も少なくなります。 Goroutine はキーワード go を使用して作成できます。

以下は、Goroutine を使用してフィボナッチ数列を計算するサンプル コードです:

package main

import (
    "fmt"
)

func Fibonacci(n int, c chan int) {
    x, y := 0, 1
    for i := 0; i < n; i++ {
        c <- x
        x, y = y, x+y
    }
    close(c)
}

func main() {
    c := make(chan int)
    go Fibonacci(10, c)
    for i := range c {
        fmt.Println(i)
    }
}

上の例では、フィボナッチ数列を計算し、それをチャネルを通じて渡すための Goroutine を作成しました。計算結果をメインスレッドに送信します。メインスレッドは、range キーワードを通じてチャネルからデータを読み取り、それをコンソールに出力します。

2. チャネル

チャネルは、Goroutine 間の通信用のパイプラインとして使用できます。複数の Goroutine が同時に共有データにアクセスして変更することを防ぐ、安全な同時アクセス メカニズムを提供します。

Golang では、make 関数を使用してチャネルを作成できます。チャネルはバッファリングすることもバッファリングしないこともできます。バッファ付きチャネルは一定量のデータを保存できますが、バッファなしチャネルは一度に 1 つのデータしか保存できません。

次は、並列計算にチャネルを使用するサンプル コードです。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func calculateSquare(number int, c chan int) {
    time.Sleep(1 * time.Second)
    c <- number * number
}

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

    c := make(chan int)

    for i := 1; i <= 3; i++ {
        go calculateSquare(i, c)
    }

    for i := 1; i <= 3; i++ {
        fmt.Println(<-c)
    }

    endTime := time.Now()
    elapsedTime := endTime.Sub(startTime)
    fmt.Printf("总计算时间：%s
", elapsedTime)
}

上の例では、二乗を計算し、計算結果をチャネルに送信する関数を作成します。次に、メイン スレッドで 3 つのゴルーチンが作成され、計算タスクを同時に実行し、その結果が出力用のチャネルを通じてメイン スレッドに読み込まれます。最後に、time パッケージを使用して、プログラムの合計計算時間を計算して出力します。

2. 同時実行モデル

同時実行とは、複数のタスクが交互に実行されることを意味しますが、必ずしも同時に実行されるわけではありません。同時実行モデルは、複数の同時タスクを管理およびスケジュールするための方法です。 Golang では、ミューテックス ロック (Mutex) と読み取り/書き込みロック (RWMutex) を使用して、同時データ アクセスを実現できます。

1. Mutex (ミューテックス)

ミューテックスは共有リソースを保護するために使用されます。共有リソースにアクセスできるのは 1 つのゴルーチンだけです。他のゴルーチンはミューテックスの解放を待つ必要があります。 。 アクセスするために。ミューテックス ロックは、同期パッケージのミューテックス タイプを使用して作成できます。

以下は、ミューテックス ロックを使用して共有リソースへの同時アクセスを実装するサンプル コードです:

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var count int
var mutex sync.Mutex

func increment() {
    mutex.Lock()
    defer mutex.Unlock()
    count++
    fmt.Println(count)
}

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go increment()
    }

    time.Sleep(2 * time.Second)
    fmt.Printf("最终值：%d
", count)
}

上の例では、グローバル変数 count を作成し、ミューテックス ロックを使用して保護しました。それは同時アクセスです。各ゴルーチンでは、まず Lock メソッドを使用してミューテックス ロックを取得し、関数の終了後に Unlock メソッドを使用してミューテックス ロックを解放します。最後に、count の最終値を出力します。

2. 読み取り/書き込みロック (RWMutex)

読み取り/書き込みロックは、共有リソースに対する読み取りおよび書き込み操作を処理するために使用されます。ミューテックスとは異なり、読み取り操作の場合は複数の Goroutine が共有リソースに同時にアクセスできますが、書き込み操作の場合は 1 つの Goroutine のみが共有リソースにアクセスできます。読み取り/書き込みロックは、同期パッケージの RWMutex タイプを使用して作成できます。

以下は、読み取り/書き込みロックを使用して共有リソースの同時読み取りと書き込みを実装するサンプル コードです。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var count int
var rwMutex sync.RWMutex

func read() {
    rwMutex.RLock()
    defer rwMutex.RUnlock()
    fmt.Println(count)
}

func write() {
    rwMutex.Lock()
    defer rwMutex.Unlock()
    count++
}

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go read()
        go write()
    }

    time.Sleep(2 * time.Second)
}

上の例では、グローバル変数 count を作成し、read-書き込みロック保護 同時読み取りと書き込み。各ゴルーチンでは、RLock メソッドを使用して読み取り操作の読み取りロックを取得し、Lock メソッドを使用して書き込み操作の書き込みロックを取得します。最後に、時間パッケージを使用して、Goroutine が実行するのに十分な時間を確保します。

概要:

Golang は強力な並列コンピューティングと同時実行モデルのサポートを提供し、マルチコア プロセッサとプロセッサ コアのパフォーマンスをより有効に活用できるようにします。 Goroutine とチャネルを使用して並列コンピューティングを実装することで、効率的な同時プログラムを迅速かつ簡単に実装できます。ミューテックス ロックと読み取り/書き込みロックを使用して共有リソースへの同時アクセスを管理すると、データの一貫性と信頼性を確保できます。 Golang の並列コンピューティングと同時実行モデルを理解して使用することで、プログラムのパフォーマンスと応答性を向上させることができます。

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