Go语言中的goroutine是一种轻量级的线程，其优点在于占用资源少、切换成本低，能够高效地实现并发操作。但如何对这些并发的goroutine进行控制呢？
一提到并发控制，大家最先想到到的是锁。Go中同样提供了锁的相关机制，包括互斥锁sync.Mutex和读写锁sync.RWMutex；除此之外Go还提供了原子操作sync/atomic。但这些操作都是针对并发过程中的数据安全的，并不是针对goroutine本身的。
本文主要介绍的是对goroutine并发行为的控制。在Go中最常见的有三种方式：sync.WaitGroup、channel和Context。
1. sync.WaitGroup
sync.WaitGroup是Go语言中一个非常有用的同步原语，它可以帮助我们等待一组goroutine全部完成。在以下场景中，我们通常会使用sync.WaitGroup：
- 当我们需要在主函数中等待一组goroutine全部完成后再退出程序时。
- 当我们需要在一个函数中启动多个goroutine，并确保它们全部完成后再返回结果时。
- 当我们需要在一个函数中启动多个goroutine，并确保它们全部完成后再执行某个操作时。
- 当我们需要在一个函数中启动多个goroutine，并确保它们全部完成后再关闭某个资源时。
- 当我们需要在一个函数中启动多个goroutine，并确保它们全部完成后再退出循环时。
在使用sync.WaitGroup时，我们需要先创建一个sync.WaitGroup对象，然后使用它的Add方法来指定需要等待的goroutine数量。接着，我们可以使用go关键字来启动多个goroutine，并在每个goroutine中使用sync.WaitGroup对象的Done方法来表示该goroutine已经完成。最后，我们可以使用sync.WaitGroup对象的Wait方法来等待所有的goroutine全部完成。
下面是一个简单的示例，会启动3个goroutine，分别休眠0s、1s和2s，主函数会在这3个goroutine结束后退出：
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
func main() {
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 3; i++ {
wg.Add(1)
go func(i int) {
defer wg.Done()
fmt.Printf("sub goroutine sleep: %ds\n", i)
time.Sleep(time.Duration(i) * time.Second)
}(i)
}
wg.Wait()
fmt.Println("main func done")
}
2. channel
在Go语言中，使用channel可以帮助我们更好地控制goroutine的并发。以下是一些常见的使用channel来控制goroutine并发的方法：
2.1 使用无缓冲channel进行同步
我们可以使用一个无缓冲的channel来实现生产者-消费者模式，其中一个goroutine负责生产数据，另一个goroutine负责消费数据。当生产者goroutine将数据发送到channel时，消费者goroutine会阻塞等待数据的到来。这样，我们可以确保生产者和消费者之间的数据同步。
下面是一个简单的示例代码：
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
func producer(ch chan int, wg *sync.WaitGroup) {
defer wg.Done()
for i := 0; i < 10; i++ {
ch <- i
fmt.Println("produced", i)
time.Sleep(100 * time.Millisecond)
}
close(ch)
}
func consumer(ch chan int, wg *sync.WaitGroup) {
defer wg.Done()
for i := range ch {
fmt.Println("consumed", i)
time.Sleep(150 * time.Millisecond)
}
}
func main() {
var wg sync.WaitGroup
ch := make(chan int)
wg.Add(2)
go producer(ch, &wg)
go consumer(ch, &wg)
wg.Wait()
}
在这个示例中，我们创建了一个无缓冲的channel，用于在生产者goroutine和消费者goroutine之间传递数据。生产者goroutine将数据发送到channel中，消费者goroutine从channel中接收数据。在生产者goroutine中，我们使用time.Sleep函数来模拟生产数据的时间，在消费者goroutine中，我们使用time.Sleep函数来模拟消费数据的时间。最后，我们使用sync.WaitGroup来等待所有的goroutine全部完成。
2.2 使用有缓冲channel进行限流
我们可以使用一个有缓冲的channel来限制并发goroutine的数量。在这种情况下，我们可以将channel的容量设置为我们希望的最大并发goroutine数量。然后，在启动每个goroutine之前，我们将一个值发送到channel中。在goroutine完成后，我们从channel中接收一个值。这样，我们可以保证同时运行的goroutine数量不超过我们指定的最大并发数量。
下面是一个简单的示例代码：
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
var wg sync.WaitGroup
maxConcurrency := 3
semaphore := make(chan struct{}, maxConcurrency)
for i := 0; i < 10; i++ {
wg.Add(1)
go func() {
defer wg.Done()
semaphore <- struct{}{}
fmt.Println("goroutine", i, "started")
// do some work
fmt.Println("goroutine", i, "finished")
<-semaphore
}()
}
wg.Wait()
}
在这个示例中，我们创建了一个带缓冲的channel，缓冲区大小为3。然后，我们启动了10个goroutine，在每个goroutine中，我们将一个空结构体发送到channel中，表示该goroutine已经开始执行。在goroutine完成后，我们从channel中接收一个空结构体，表示该goroutine已经完成执行。这样，我们可以保证同时运行的goroutine数量不超过3。
3. Context
在Go语言中，使用Context可以帮助我们更好地控制goroutine的并发。以下是一些常见的使用Context来控制goroutine并发的方法：
3.1 超时控制
在某些情况下，我们需要对goroutine的执行时间进行限制，以避免程序长时间阻塞或者出现死锁等问题。使用Context可以帮助我们更好地控制goroutine的执行时间。我们可以创建一个带有超时时间的Context，然后将其传递给goroutine。如果goroutine在超时时间内没有完成执行，我们可以使用Context的Done方法来取消goroutine的执行。
下面是一个简单的示例代码：
package main
import (
"context"
"fmt"
"time"
)
func main() {
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)
defer cancel()
go func() {
for {
select {
case <-ctx.Done():
fmt.Println("goroutine finished")
return
default:
fmt.Println("goroutine running")
time.Sleep(500 * time.Millisecond)
}
}
}()
time.Sleep(3 * time.Second)
}
在这个示例中，我们创建了一个带有超时时间的Context，然后将其传递给goroutine。在goroutine中，我们使用select语句来监听Context的Done方法，如果Context超时，我们将会取消goroutine的执行。
3.2 取消操作
在某些情况下，我们需要在程序运行过程中取消某些goroutine的执行。使用Context可以帮助我们更好地控制goroutine的取消操作。我们可以创建一个带有取消功能的Context，然后将其传递给goroutine。如果需要取消goroutine的执行，我们可以使用Context的Cancel方法来取消goroutine的执行。
下面是一个简单的示例代码：
package main
import (
"context"
"fmt"
"sync"
"time"
)
func main() {
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(1)
go func() {
defer wg.Done()
for {
select {
case <-ctx.Done():
fmt.Println("goroutine finished")
return
default:
fmt.Println("goroutine running")
time.Sleep(500 * time.Millisecond)
}
}
}()
time.Sleep(2 * time.Second)
cancel()
wg.Wait()
}
在这个示例中，我们创建了一个带有取消功能的Context，然后将其传递给goroutine。在goroutine中，我们使用select语句来监听Context的Done方法，如果Context被取消，我们将会取消goroutine的执行。在主函数中，我们使用time.Sleep函数来模拟程序运行过程中的某个时刻需要取消goroutine的执行，然后调用Context的Cancel方法来取消goroutine的执行。
3.3 资源管理
在某些情况下，我们需要对goroutine使用的资源进行管理，以避免资源泄露或者出现竞争条件等问题。使用Context可以帮助我们更好地管理goroutine使用的资源。我们可以将资源与Context关联起来，然后将Context传递给goroutine。当goroutine完成执行后，我们可以使用Context来释放资源或者进行其他的资源管理操作。
下面是一个简单的示例代码：
package main
import (
"context"
"fmt"
"sync"
"time"
)
func worker(ctx context.Context, wg *sync.WaitGroup) {
defer wg.Done()
for {
select {
case <-ctx.Done():
fmt.Println("goroutine finished")
return
default:
fmt.Println("goroutine running")
time.Sleep(500 * time.Millisecond)
}
}
}
func main() {
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(1)
go worker(ctx, &wg)
time.Sleep(2 * time.Second)
cancel()
wg.Wait()
}
在这个示例中，我们创建了一个带有取消功能的Context，然后将其传递给goroutine。在goroutine中，我们使用select语句来监听Context的Done方法，如果Context被取消，我们将会取消goroutine的执行。在主函数中，我们使用time.Sleep函数来模拟程序运行过程中的某个时刻需要取消goroutine的执行，然后调用Context的Cancel方法来取消goroutine的执行。
