learn-go-with-tests
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并发
这是我们的计划：同事已经写了一个
CheckWebsites 的函数检查 URL 列表的状态。1
package concurrency
2
3
type WebsiteChecker func(string) bool
4
5
func CheckWebsites(wc WebsiteChecker, urls []string) map[string]bool {
6
results := make(map[string]bool)
7
8
for _, url := range urls {
9
results[url] = wc(url)
10
}
11
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return results
13
}
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它返回一个 map，由每个 url 检查后的得到的布尔值组成，成功响应的值为
true，错误响应的值为 false。你还必须传入一个
WebsiteChecker 处理单个 URL 并返回一个布尔值。它会被函数调用以检查所有的网站。这是他们写的测试：
1
package concurrency
2
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import (
4
"reflect"
5
"testing"
6
)
7
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func mockWebsiteChecker(url string) bool {
9
if url == "waat://furhurterwe.geds" {
10
return false
11
}
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return true
13
}
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func TestCheckWebsites(t *testing.T) {
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websites := []string{
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"http://google.com",
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"http://blog.gypsydave5.com",
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"waat://furhurterwe.geds",
20
}
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actualResults := CheckWebsites(mockWebsiteChecker, websites)
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want := len(websites)
25
got := len(actualResults)
26
if want != got {
27
t.Fatalf("Wanted %v, got %v", want, got)
28
}
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expectedResults := map[string]bool{
31
"http://google.com": true,
32
"http://blog.gypsydave5.com": true,
33
"waat://furhurterwe.geds": false,
34
}
35
36
if !reflect.DeepEqual(expectedResults, actualResults) {
37
t.Fatalf("Wanted %v, got %v", expectedResults, actualResults)
38
}
39
}
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该功能在生产环境中被用于检查数百个网站。但是你的同事开始抱怨它速度很慢，所以他们请你帮忙为程序提速。
写一个测试
首先我们对
CheckWebsites 做一个基准测试，这样就能看到我们修改的影响。1
package concurrency
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import (
4
"testing"
5
"time"
6
)
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func slowStubWebsiteChecker(_ string) bool {
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time.Sleep(20 * time.Millisecond)
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return true
11
}
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func BenchmarkCheckWebsites(b *testing.B) {
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urls := make([]string, 100)
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for i := 0; i < len(urls); i++ {
16
urls[i] = "a url"
17
}
18
19
for i := 0; i < b.N; i++ {
20
CheckWebsites(slowStubWebsiteChecker, urls)
21
}
22
}
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基准测试使用一百个网址的 slice 对
CheckWebsites 进行测试，并使用 WebsiteChecker 的伪造实现。slowStubWebsiteChecker 故意放慢速度。它使用 time.Sleep 明确等待 20 毫秒，然后返回 true。当我们运行基准测试时使用
go test -bench=. 命令 (如果在 Windows Powershell 环境下使用 go test -bench=".")：1
pkg: github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v0
2
BenchmarkCheckWebsites-4 1 2249228637 ns/op
3
PASS
4
ok github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v0 2.268s
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CheckWebsite 经过基准测试的时间为 2249228637 纳秒，大约 2.25 秒。让我们尝试去让它运行得更快。
编写足够的代码让它通过
现在我们终于可以谈论并发了，以下内容是为了说明「不止一件事情正在进行中」。这是我们每天很自然在做的事情。
比如，今天早上我泡了一杯茶。我放上水壶，然后在等待它煮沸时，从冰箱里取出了牛奶，把茶从柜子里拿出来，找到我最喜欢的杯子，把茶袋放进杯子里，然后等水壶沸了，把水倒进杯子里。
我 没有 做的事情是放上水壶，然后呆呆地盯着水壶等水煮沸，然后在煮沸后再做其他事情。
如果你能理解为什么第一种方式泡茶更快，那你就可以理解我们如何让
CheckWebsites 变得更快。与其等待网站响应之后再发送下一个网站的请求，不如告诉计算机在等待时就发起下一个请求。通常在 Go 中，当调用函数
doSomething() 时，我们等待它返回（即使它没有值返回，我们仍然等待它完成）。我们说这个操作是 阻塞 的 —— 它让我们等待它完成。Go 中不会阻塞的操作将在称为 goroutine 的单独 进程 中运行。将程序想象成从上到下读 Go 的 代码，当函数被调用执行读取操作时，进入每个函数「内部」。当一个单独的进程开始时，就像开启另一个 reader（阅读程序）在函数内部执行读取操作，原来的 reader 继续向下读取 Go 代码。要告诉 Go 开始一个新的 goroutine，我们把一个函数调用变成
go 声明，通过把关键字 go 放在它前面：go doSomething()。1
package concurrency
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type WebsiteChecker func(string) bool
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5
func CheckWebsites(wc WebsiteChecker, urls []string) map[string]bool {
6
results := make(map[string]bool)
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8
for _, url := range urls {
9
go func() {
10
results[url] = wc(url)
11
}()
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}
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return results
15
}
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因为开启 goroutine 的唯一方法就是将
go 放在函数调用前面，所以当我们想要启动 goroutine 时，我们经常使用 匿名函数（anonymous functions）。一个匿名函数文字看起来和正常函数声明一样，但没有名字（意料之中）。你可以在 上面的 for 循环体中看到一个。匿名函数有许多有用的特性，其中两个上面正在使用。首先，它们可以在声明的同时执行 —— 这就是匿名函数末尾的
() 实现的。其次，它们维护对其所定义的词汇作用域的访问权 —— 在声明匿名函数时所有可用的变量也可在函数体内使用。上面匿名函数的主体和之前循环体中的完全一样。唯一的区别是循环的每次迭代都会启动一个新的 goroutine，与当前进程（
WebsiteChecker 函数）同时发生，每个循环都会将结果添加到 results map 中。但是当我们执行
go test：1
-------- FAIL: TestCheckWebsites (0.00s)
2
CheckWebsites_test.go:31: Wanted map[http://google.com:true http://blog.gypsydave5.com:true waat://furhurterwe.geds:false], got map[]
3
FAIL
4
exit status 1
5
FAIL github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v1 0.010s
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快速进入平行宇宙......
你可能不会得到这个结果。你可能会得到一个 panic 信息，这个稍后再谈。如果你得到的是那些结果，不要担心，只要继续运行测试，直到你得到上述结果。或假装你得到了，这取决于你。欢迎来到并发编程的世界：如果处理不正确，很难预测会发生什么。别担心 —— 这就是我们编写测试的原因，当处理并发时，测试帮助我们预测可能发生的情况。
... 重新回到这些问题。
让我们困惑的是，原来的测试
WebsiteChecker 现在返回空的 map。哪里出问题了？我们
for 循环开始的 goroutines 没有足够的时间将结果添加结果到 results map 中；WebsiteChecker 函数对于它们来说太快了，以至于它返回时仍为空的 map。为了解决这个问题，我们可以等待所有的 goroutine 完成他们的工作，然后返回。两秒钟应该能完成了，对吧？
1
package concurrency
2
3
import "time"
4
5
type WebsiteChecker func(string) bool
6
7
func CheckWebsites(wc WebsiteChecker, urls []string) map[string]bool {
8
results := make(map[string]bool)
9
10
for _, url := range urls {
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go func() {
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results[url] = wc(url)
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}()
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}
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16
time.Sleep(2 * time.Second)
17
18
return results
19
}
Copied!
现在当我们运行测试时获得的结果（如果没有得到 —— 参考上面的做法）：
1
-------- FAIL: TestCheckWebsites (0.00s)
2
CheckWebsites_test.go:31: Wanted map[http://google.com:true http://blog.gypsydave5.com:true waat://furhurterwe.geds:false], got map[waat://furhurterwe.geds:false]
3
FAIL
4
exit status 1
5
FAIL github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v1 0.010s
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这不是很好 - 为什么只有一个结果？我们可以尝试通过增加等待的时间来解决这个问题 —— 如果你愿意，可以试试。但没什么作用。这里的问题是变量
url 被重复用于 for 循环的每次迭代 —— 每次都会从 urls 获取新值。但是我们的每个 goroutine 都是 url 变量的引用 —— 它们没有自己的独立副本。所以他们 都 会写入在迭代结束时的 url —— 最后一个 url。这就是为什么我们得到的结果是最后一个 url。解决这个问题：
1
import (
2
"time"
3
)
4
5
type WebsiteChecker func(string) bool
6
7
func CheckWebsites(wc WebsiteChecker, urls []string) map[string]bool {
8
results := make(map[string]bool)
9
10
for _, url := range urls {
11
go func(u string) {
12
results[u] = wc(u)
13
}(url)
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}
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16
time.Sleep(2 * time.Second)
17
18
return results
19
}
Copied!
通过给每个匿名函数一个参数 url(
u)，然后用 url 作为参数调用匿名函数，我们确保 u 的值固定为循环迭代的 url 值，重新启动 goroutine。u 是 url 值的副本，因此无法更改。现在，如果你幸运的话，你会得到：
1
PASS
2
ok github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v1 2.012s
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但是，如果你不走运（如果你运行基准测试，这很可能会发生，因为你将发起多次的尝试）。
1
fatal error: concurrent map writes
2
3
goroutine 8 [running]:
4
runtime.throw(0x12c5895, 0x15)
5
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/runtime/panic.go:605 +0x95 fp=0xc420037700 sp=0xc4200376e0 pc=0x102d395
6
runtime.mapassign_faststr(0x1271d80, 0xc42007acf0, 0x12c6634, 0x17, 0x0)
7
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/runtime/hashmap_fast.go:783 +0x4f5 fp=0xc420037780 sp=0xc420037700 pc=0x100eb65
8
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.WebsiteChecker.func1(0xc42007acf0, 0x12d3938, 0x12c6634, 0x17)
9
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:12 +0x71 fp=0xc4200377c0 sp=0xc420037780 pc=0x12308f1
10
runtime.goexit()
11
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/runtime/asm_amd64.s:2337 +0x1 fp=0xc4200377c8 sp=0xc4200377c0 pc=0x105cf01
12
created by github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.WebsiteChecker
13
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:11 +0xa1
14
15
... many more scary lines of text ...
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这看上去冗长、可怕，我们需要深呼吸并阅读错误：
fatal error: concurrent map writes。有时候，当我们运行我们的测试时，两个 goroutines 完全同时写入 results map。Go 的 Maps 不喜欢多个事物试图一次性写入，所以就导致了 fatal error。这是一种 race condition（竞争条件），当软件的输出取决于事件发生的时间和顺序时，因为我们无法控制，bug 就会出现。因为我们无法准确控制每个 goroutine 写入结果 map 的时间，两个 goroutines 同一时间写入时程序将非常脆弱。
你应该得到一些如下所示的输出：
1
==================
2
WARNING: DATA RACE
3
Write at 0x00c420084d20 by goroutine 8:
4
runtime.mapassign_faststr()
5
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/runtime/hashmap_fast.go:774 +0x0
6
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.WebsiteChecker.func1()
7
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:12 +0x82
8
9
Previous write at 0x00c420084d20 by goroutine 7:
10
runtime.mapassign_faststr()
11
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/runtime/hashmap_fast.go:774 +0x0
12
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.WebsiteChecker.func1()
13
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:12 +0x82
14
15
Goroutine 8 (running) created at:
16
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.WebsiteChecker()
17
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:11 +0xc4
18
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.TestWebsiteChecker()
19
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker_test.go:27 +0xad
20
testing.tRunner()
21
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/testing/testing.go:746 +0x16c
22
23
Goroutine 7 (finished) created at:
24
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.WebsiteChecker()
25
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:11 +0xc4
26
github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3.TestWebsiteChecker()
27
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker_test.go:27 +0xad
28
testing.tRunner()
29
/usr/local/Cellar/go/1.9.3/libexec/src/testing/testing.go:746 +0x16c
30
==================
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细节还是难以阅读 - 但
WARNING: DATA RACE 相当明确。阅读错误的内容，我们可以看到两个不同的 goroutines 在 map 上执行写入操作：Write at 0x00c420084d20 by goroutine 8:正在写入相同的内存块
Previous write at 0x00c420084d20 by goroutine 7:最重要的是，我们可以看到发生写入的代码行：
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:12和 goroutines 7 和 8 开始的代码行号：
/Users/gypsydave5/go/src/github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v3/websiteChecker.go:11你需要知道的所有内容都会打印到你的终端上 - 你只需耐心阅读就可以了。
Channels
我们可以通过使用 channels 协调我们的 goroutines 来解决这个数据竞争。channels 是一个 Go 数据结构，可以同时接收和发送值。这些操作以及细节允许不同进程之间的通信。
在这种情况下，我们想要考虑父进程和每个 goroutine 之间的通信，goroutine 使用 url 来执行
WebsiteChecker 函数。1
package concurrency
2
3
type WebsiteChecker func(string) bool
4
type result struct {
5
string
6
bool
7
}
8
9
func CheckWebsites(wc WebsiteChecker, urls []string) map[string]bool {
10
results := make(map[string]bool)
11
resultChannel := make(chan result)
12
13
for _, url := range urls {
14
go func(u string) {
15
resultChannel <- result{u, wc(u)}
16
}(url)
17
}
18
19
for i := 0; i < len(urls); i++ {
20
result := <-resultChannel
21
results[result.string] = result.bool
22
}
23
24
return results
25
}
Copied!
除了
results map 之外，我们现在还有一个 resultChannel 的变量，同样使用 make 方法创建。chan result 是 channel 类型的 —— result 的 channel。新类型的 result 是将 WebsiteChecker 的返回值与正在检查的 url 相关联 —— 它是一个 string 和 bool 的结构。因为我们不需要任何一个要命名的值，它们中的每一个在结构中都是匿名的；这在很难知道用什么命名值的时候可能很有用。现在，当我们迭代 urls 时，不是直接写入
map，而是使用 send statement 将每个调用 wc 的 result 结构体发送到 resultChannel。这使用 <- 操作符，channel 放在左边，值放在右边：1
// send statement
2
resultChannel <- result{u, wc(u)}
Copied!
下一个
for 循环为每个 url 迭代一次。 我们在内部使用 receive expression，它将从通道接收到的值分配给变量。这也使用 <- 操作符，但现在两个操作数颠倒过来：现在 channel 在右边，我们指定的变量在左边：1
// receive expression
2
result := <-resultChannel
Copied!
然后我们使用接收到的
result 更新 map。通过将结果发送到通道，我们可以控制每次写入
results map 的时间，确保每次写入一个结果。虽然 wc 的每个调用都发送给结果通道，但是它们在其自己的进程内并行发生，因为我们将结果通道中的值与接收表达式一起逐个处理一个结果。我们已经将想要加快速度的那部分代码并行化，同时确保不能并发的部分仍然是线性处理。我们使用 channel 在多个进程间通信。
当我们运行基准时：
1
pkg: github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v2
2
BenchmarkCheckWebsites-8 100 23406615 ns/op
3
PASS
4
ok github.com/gypsydave5/learn-go-with-tests/concurrency/v2 2.377s
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23406615 纳秒 —— 0.023 秒，速度大约是最初函数的一百倍，这是非常成功的。
总结
这个比在 TDD 上的寻常练习轻松一些。某种程度说，我们已经参与了
CheckWebsites 函数的一个长期重构；输入和输出从未改变，它只是变得更快了。但是我们所做的测试以及我们编写的基准测试允许我们重构 CheckWebsites，让我们有信心保证软件仍然可以工作，同时也证明它确实变得更快了。在使它更快的过程中，我们明白了
- goroutines 是 Go 的基本并发单元，它让我们可以同时检查多个网站。
- anonymous functions（匿名函数），我们用它来启动每个检查网站的并发进程。
- channels，用来组织和控制不同进程之间的交流，使我们能够避免 race condition（竞争条件） 的问题。
- the race detector（竞争探测器） 帮助我们调试并发代码的问题。
使程序加快
一种构建软件的敏捷方法，常常被错误地归属于 Kent Beck，即：
「运作」是通过测试，「正确」是重构代码，而「快速」是优化代码以使其快速运行。一旦我们使程序可以正确运行，我们能做的就只有使它快速。很幸运，我们得到的代码已经被证明是可以运作的，并且不需要重构。在另外两个步骤执行之前，我们绝不应该试图「使它快速」，因为
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