multithreading - 你会如何定义一个 goroutines 池来一次执行？

Question

TL;DR:请转到最后一部分并告诉我您将如何解决此问题。
今天早上我开始使用来自 Python 的 Go。我想从 Go 调用一个闭源可执行文件多次，有一点并发，有不同的命令行参数。我生成的代码运行良好，但我想得到您的意见以改进它。由于我处于早期学习阶段，我还将解释我的工作流程。
为了简单起见，这里假设这个“外部闭源程序”是zenity ，一个 Linux 命令行工具，可以从命令行显示图形消息框。
从 Go 调用可执行文件
所以，在 Go 中，我会这样:

package main
import "os/exec"
func main() {
    cmd := exec.Command("zenity", "--info", "--text='Hello World'")
    cmd.Run()
}

这应该工作得恰到好处。请注意 .Run()是功能等价于 .Start()其次是 .Wait() .这很好，但是如果我只想执行一次这个程序，那么整个编程的东西就不值得了。所以让我们多次这样做。
多次调用可执行文件
现在我有了这个工作，我想多次调用我的程序，使用自定义命令行参数(为了简单起见，这里只是 i)。

package main    
import (
    "os/exec"
    "strconv"
)

func main() {
    NumEl := 8 // Number of times the external program is called
    for i:=0; i<NumEl; i++ {
        cmd := exec.Command("zenity", "--info", "--text='Hello from iteration n." + strconv.Itoa(i) + "'")
        cmd.Run()
    }
}

好的，我们做到了!但是还是看不出Go over Python的优势……这段代码其实是串行执行的。我有一个多核 CPU，我想利用它。所以让我们用 goroutines 添加一些并发性。
Goroutines，或一种使我的程序并行的方法
a) 第一次尝试:只需在任何地方添加“go”
让我们重写我们的代码，使事情更容易调用和重用，并添加著名的 go关键词:

package main
import (
    "os/exec"
    "strconv"
)

func main() {
    NumEl := 8 
    for i:=0; i<NumEl; i++ {
        go callProg(i)  // <--- There!
    }
}

func callProg(i int) {
    cmd := exec.Command("zenity", "--info", "--text='Hello from iteration n." + strconv.Itoa(i) + "'")
    cmd.Run()
}

没有!问题是什么？所有的 goroutine 都被一次性执行。我真的不知道为什么不执行 zenity 但 AFAIK，Go 程序在 zenity 外部程序甚至可以初始化之前就退出了。使用 time.Sleep 证实了这一点。 :WAITING几秒钟就足以让 zenity 的 8 实例自行启动。我不知道这是否可以被视为一个错误。
更糟糕的是，我真正想要调用的真正程序需要一段时间才能执行。如果我在我的 4 核 CPU 上并行执行这个程序的 8 个实例，它会浪费一些时间做很多上下文切换……我不知道普通 Go 协程的行为，但 exec.Command 将 在 8 个不同的线程中启动 zenity 8 次。更糟糕的是，我想执行这个程序超过 100,000 次。在 goroutine 中一次完成所有这些工作根本没有效率。不过，我想利用我的 4 核 CPU!
b) 第二次尝试:使用 goroutines 池
网上资源倾向于推荐使用sync.WaitGroup对于这种工作。这种方法的问题在于，您基本上是在处理成批的 goroutine:如果我创建了 4 个成员的 WaitGroup，Go 程序将等待所有 4 个外部程序完成，然后再调用新的 4 个程序批次。这效率不高:CPU 又一次被浪费了。
其他一些资源建议使用缓冲 channel 来完成这项工作:

package main
import (
    "os/exec"
    "strconv"
)

func main() {
    NumEl := 8               // Number of times the external program is called
    NumCore := 4             // Number of available cores
    c := make(chan bool, NumCore - 1) 
    for i:=0; i<NumEl; i++ {
        go callProg(i, c)
        c <- true            // At the NumCoreth iteration, c is blocking   
    }
}

func callProg(i int, c chan bool) {
    defer func () {<- c}()
    cmd := exec.Command("zenity", "--info", "--text='Hello from iteration n." + strconv.Itoa(i) + "'")
    cmd.Run()
}

这看起来很丑。 channel 并非用于此目的:我正在利用副作用。我喜欢 defer 的概念但我讨厌必须声明一个函数(甚至是一个 lambda)来从我创建的虚拟 channel 中弹出一个值。哦，当然，使用虚拟 channel 本身就是丑陋的。
c) 第三次尝试:当所有 child 都死了就死
现在我们快完成了。我只需要考虑另一个副作用:Go 程序在所有 zenity 弹出窗口关闭之前关闭。这是因为当循环结束时(在第 8 次迭代时)，没有什么可以阻止程序完成。这一次，sync.WaitGroup会很有用。

package main
import (
    "os/exec"
    "strconv"
    "sync"
)

func main() {
    NumEl := 8               // Number of times the external program is called
    NumCore := 4             // Number of available cores
    c := make(chan bool, NumCore - 1) 
    wg := new(sync.WaitGroup)
    wg.Add(NumEl)            // Set the number of goroutines to (0 + NumEl)
    for i:=0; i<NumEl; i++ {
        go callProg(i, c, wg)
        c <- true            // At the NumCoreth iteration, c is blocking   
    }
    wg.Wait() // Wait for all the children to die
    close(c)
}

func callProg(i int, c chan bool, wg *sync.WaitGroup) {
    defer func () {
        <- c
        wg.Done() // Decrease the number of alive goroutines
    }()
    cmd := exec.Command("zenity", "--info", "--text='Hello from iteration n." + strconv.Itoa(i) + "'")
    cmd.Run()
}

完毕。
我的问题

你知道任何其他适当的方法来限制一次执行的 goroutines 的数量吗？

我不是指线程； Go 如何在内部管理 goroutines 并不相关。我的意思是限制一次启动的 goroutine 的数量:exec.Command每次调用都会创建一个新线程，所以我应该控制它被调用的次数。

你觉得这段代码好吗？

您知道在这种情况下如何避免使用虚拟 channel 吗？

我无法说服自己这样的虚拟 channel 是要走的路。

Answer 1

我会生成 4 个从公共(public) channel 读取任务的工作程序 goroutine。比其他 Goroutine 更快(因为它们的调度方式不同或碰巧获得简单任务)将从该 channel 接收到的任务比其他 Go 多。除此之外，我会使用 sync.WaitGroup等待所有 worker 完成。剩下的部分只是任务的创建。您可以在此处查看该方法的示例实现:

package main

import (
    "os/exec"
    "strconv"
    "sync"
)

func main() {
    tasks := make(chan *exec.Cmd, 64)

    // spawn four worker goroutines
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 4; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            for cmd := range tasks {
                cmd.Run()
            }
            wg.Done()
        }()
    }

    // generate some tasks
    for i := 0; i < 10; i++ {
        tasks <- exec.Command("zenity", "--info", "--text='Hello from iteration n."+strconv.Itoa(i)+"'")
    }
    close(tasks)

    // wait for the workers to finish
    wg.Wait()
}

可能还有其他可能的方法，但我认为这是一个非常干净的解决方案，很容易理解。