Go語言的並發與WorkerPool - 第二部分

程式碼結構

#我們建立了一個通用的workerPool 套件，根據業務所需的並發性使用worker 來處理任務。一起來看下目錄結構：

workerpool
├── pool.go
├── task.go
└── worker.go

workerpool 目錄在專案的根目錄下。 Task 是需要處理單一工作單元；Worker 是一個簡單的 worker 函數，用於執行任務；而 Pool 則用於建立、管理 workers。

實作

先看下Task 程式碼：

// workerpool/task.go

package workerpool

import (
 "fmt"
)

type Task struct {
 Err  error
 Data interface{}
 f    func(interface{}) error
}

func NewTask(f func(interface{}) error, data interface{}) *Task {
 return &Task{f: f, Data: data}
}

func process(workerID int, task *Task) {
 fmt.Printf("Worker %d processes task %v\n", workerID, task.Data)
 task.Err = task.f(task.Data)
}

Task 是一個簡單的結構體，保存處理任務所需要的一切數據。建立 task 時，傳遞了 Data 和待執行函數 f，process() 函數會處理任務。處理任務時，將 Data 作為參數傳遞給函數 f，並將執行結果保存在 Task.Err 裡。

我們來看看 Worker 是如何處理任務的：

// workerpool/worker.go

package workerpool

import (
 "fmt"
 "sync"
)

// Worker handles all the work
type Worker struct {
 ID       int
 taskChan chan *Task
}

// NewWorker returns new instance of worker
func NewWorker(channel chan *Task, ID int) *Worker {
 return &Worker{
  ID:       ID,
  taskChan: channel,
 }
}

// Start starts the worker
func (wr *Worker) Start(wg *sync.WaitGroup) {
 fmt.Printf("Starting worker %d\n", wr.ID)

 wg.Add(1)
 go func() {
  defer wg.Done()
  for task := range wr.taskChan {
   process(wr.ID, task)
  }
 }()
}

我們建立了一個小巧的 Worker 結構體，包含 worker ID 和 一個保存待處理任務的 channel。在 Start() 方法裡，使用 for range 從 taskChan 讀取任務並處理。可以想像的到，多個 worker 可以並發地執行任務。

workerPool

我們透過實作Task 和Worker 來處理任務，但是好像還缺點什麼東西，誰負責產生這些worker 並將任務發送給它們？答案是：Worker Pool。

// workerpoo/pool.go

package workerpool

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

// Pool is the worker pool
type Pool struct {
 Tasks   []*Task

 concurrency   int
 collector     chan *Task
 wg            sync.WaitGroup
}

// NewPool initializes a new pool with the given tasks and
// at the given concurrency.
func NewPool(tasks []*Task, concurrency int) *Pool {
 return &Pool{
  Tasks:       tasks,
  concurrency: concurrency,
  collector:   make(chan *Task, 1000),
 }
}

// Run runs all work within the pool and blocks until it's
// finished.
func (p *Pool) Run() {
 for i := 1; i <= p.concurrency; i++ {
  worker := NewWorker(p.collector, i)
  worker.Start(&p.wg)
 }

 for i := range p.Tasks {
  p.collector <- p.Tasks[i]
 }
 close(p.collector)

 p.wg.Wait()
}

上面的程式碼，pool 保存了所有待處理的任務，並且產生與 concurrency 數量一致的 goroutine，用於並發地處理任務。 workers 之間共用快取 channel -- collector。

所以，當我們把這個工作池跑起來時，可以產生滿足所需數量的 worker，workers 之間共享 collector channel。接著，使用 for range 讀取 tasks，並將讀取到的 task 寫入 collector 裡。我們使用 sync.WaitGroup 來實現協程之間的同步。現在我們有了一個很好的解決方案，一起來測試下。

// main.go

package main

import (
 "fmt"
 "time"

 "github.com/Joker666/goworkerpool/workerpool"
)

func main() {
 var allTask []*workerpool.Task
 for i := 1; i <= 100; i++ {
  task := workerpool.NewTask(func(data interface{}) error {
   taskID := data.(int)
   time.Sleep(100 * time.Millisecond)
   fmt.Printf("Task %d processed\n", taskID)
   return nil
  }, i)
  allTask = append(allTask, task)
 }

 pool := workerpool.NewPool(allTask, 5)
 pool.Run()
}

上面的程式碼，創建了 100 個任務並且使用 5 個並發處理這些任務。

输出如下：

Worker 3 processes task 98
Task 92 processed
Worker 2 processes task 99
Task 98 processed
Worker 5 processes task 100
Task 99 processed
Task 100 processed
Took ===============> 2.0056295s

处理 100 个任务花费了 2s，如何我们将并发数提高到 10，我们会看到处理完所有任务只需要大约 1s。

我们通过实现 workerPool 构建了一个健壮的解决方案，具有并发性、错误处理、数据处理等功能。这是个通用的包，不耦合具体的实现。我们可以使用它来解决一些大问题。

进一步扩展：后台处理任务

实际上，我们还可以进一步扩展上面的解决方案，以便 worker 可以在后台等待我们投递新的任务并处理。为此，代码需要做一些修改，Task 结构体保持不变，但是需要小改下 Worker，看下面代码：

// workerpool/worker.go

// Worker handles all the work
type Worker struct {
 ID       int
 taskChan chan *Task
 quit     chan bool
}

// NewWorker returns new instance of worker
func NewWorker(channel chan *Task, ID int) *Worker {
 return &Worker{
  ID:       ID,
  taskChan: channel,
  quit:     make(chan bool),
 }
}

....

// StartBackground starts the worker in background waiting
func (wr *Worker) StartBackground() {
 fmt.Printf("Starting worker %d\n", wr.ID)

 for {
  select {
  case task := <-wr.taskChan:
   process(wr.ID, task)
  case <-wr.quit:
   return
  }
 }
}

// Stop quits the worker
func (wr *Worker) Stop() {
 fmt.Printf("Closing worker %d\n", wr.ID)
 go func() {
  wr.quit <- true
 }()
}

Worker 结构体新加 quit channel，并且新加了两个方法。StartBackgorund() 在 for 循环里使用 select-case 从 taskChan 队列读取任务并处理，如果从 quit 读取到结束信号就立即返回。Stop() 方法负责往 quit 写入结束信号。

添加完这两个新的方法之后，我们来修改下 Pool：

// workerpool/pool.go

type Pool struct {
 Tasks   []*Task
 Workers []*Worker

 concurrency   int
 collector     chan *Task
 runBackground chan bool
 wg            sync.WaitGroup
}

// AddTask adds a task to the pool
func (p *Pool) AddTask(task *Task) {
 p.collector <- task
}

// RunBackground runs the pool in background
func (p *Pool) RunBackground() {
 go func() {
  for {
   fmt.Print("⌛ Waiting for tasks to come in ...\n")
   time.Sleep(10 * time.Second)
  }
 }()

 for i := 1; i <= p.concurrency; i++ {
  worker := NewWorker(p.collector, i)
  p.Workers = append(p.Workers, worker)
  go worker.StartBackground()
 }

 for i := range p.Tasks {
  p.collector <- p.Tasks[i]
 }

 p.runBackground = make(chan bool)
 <-p.runBackground
}

// Stop stops background workers
func (p *Pool) Stop() {
 for i := range p.Workers {
  p.Workers[i].Stop()
 }
 p.runBackground <- true
}

Pool 结构体添加了两个成员：Workers 和 runBackground，Workers 保存所有的 worker，runBackground 用于维持 pool 存活状态。

添加了三个新的方法，AddTask() 方法用于往 collector 添加任务；RunBackground() 方法衍生出一个无限运行的 goroutine，以便 pool 维持存活状态，因为 runBackground 信道是空，读取空的 channel 会阻塞，所以 pool 能维持运行状态。接着，在协程里面启动 worker；Stop() 方法用于停止 worker，并且给 runBackground 发送停止信号以便结束 RunBackground() 方法。

我们来看下具体是如何工作的。

如果是在现实的业务场景中，pool 将会与 HTTP 服务器一块运行并消耗任务。我们通过 for 无限循环模拟这种这种场景，如果满足某一条件，pool 将会停止。

// main.go

...

pool := workerpool.NewPool(allTask, 5)
go func() {
 for {
  taskID := rand.Intn(100) + 20

  if taskID%7 == 0 {
   pool.Stop()
  }

  time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Second)
  task := workerpool.NewTask(func(data interface{}) error {
   taskID := data.(int)
   time.Sleep(100 * time.Millisecond)
   fmt.Printf("Task %d processed\n", taskID)
   return nil
  }, taskID)
  pool.AddTask(task)
 }
}()
pool.RunBackground()

当执行上面的代码时，我们就会看到有随机的 task 被投递到后台运行的 workers，其中某一个 worker 会读取到任务并完成处理。当满足某一条件时，程序便会停止退出。

以上是Go語言的並發與WorkerPool - 第二部分的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！