Go 語言搶票煉金術：Day 3 - Go 的併發工具 (一)：goroutine 與 WaitGroup

上次我們證明了在沒有任何併發控制下，一個簡單的「讀取 → 修改 → 寫入」資料庫操作是多麼脆弱。

今天來檢視 Go 語言內建的併發工具。
但必須先釐清一個關鍵點：今天討論的工具，是用於解決單一應用程式內部、多個 goroutine 之間對記憶體共享的競爭問題。

這與 Day 1 中，多個獨立請求對外部資料庫的競爭，處在不同的層級。

理解這個前提後，讓我們來看看 Go 的併發工具：goroutine、WaitGroup。

goroutine：併發的起點

在 Go 語言中，goroutine 是一種超輕量級的並發執行緒。

它並非由作業系統管理，而是直接由 Go 的 runtime 負責調度，因此啟動成本極低。

在函數呼叫前加個 go 關鍵字，即可變成一個新的 goroutine 了。

// 位於 Day3/goroutine/main.go
func printNumbers(prefix string) {
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        fmt.Printf("%s: %d\n", prefix, i)
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
    }
}

func main() {
    // 啟動三個 goroutine 同時執行
    go printNumbers("Goroutine-A")
    go printNumbers("Goroutine-B")
    go printNumbers("Goroutine-C")

    // 嚴重錯誤：使用 Sleep 等待 goroutine，極不可靠。
    time.Sleep(2 * time.Second) 
}

會看到輸出的順序會交錯出現，這證明了 goroutine 是併發執行的。

但是用了 time.Sleep 來等待 goroutine 結束，這是一個糟糕的設計。

如果 printNumbers 執行時間超過 2 秒，主程式就會提前退出，導致未完成的 goroutine 被強制中止。

這引出一個重要的問題：我們如何可靠地等待一組 goroutine 全部完成？

WaitGroup：協調多個任務的完成

sync.WaitGroup 是一個計數器，用於等待一組 goroutine 全部執行完畢。

• Add(n): 將計數器增加 n。

• Done(): 將計數器減 1，通常在 goroutine 結束時透過 defer 呼叫。

• Wait(): 阻塞當前執行緒，直到計數器歸零。

透過 WaitGroup，我們可以精準地協調任務，避免使用不穩定的 time.Sleep。

WaitGroup 協調併發執行

// 位於 Day3/waitgroup/main.go
func printNumbersWithWG(prefix string, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done() // 函數完成時通知 WaitGroup
    
    // 每個 worker 會做 5 次才是完成
    for i := 1; i <= 5; i++ {
        fmt.Printf("%s: %d\n", prefix, i)
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
    }
    fmt.Printf("%s 完成工作！\n", prefix)
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    wg.Add(3) // 我們要等待 3 個 goroutine
    go printNumbersWithWG("Worker-A", &wg)
    go printNumbersWithWG("Worker-B", &wg)
    go printNumbersWithWG("Worker-C", &wg)

    wg.Wait() // 等待所有 goroutine 完成
    fmt.Println("主程序：所有 Worker 都完成了！程序結束。")
}

執行結果：

WaitGroup 提供了一種可靠穩定方式來同步多個併發任務的完成。
當所有 worker 都呼叫了 Done()，wg.Wait() 才會解除阻塞，主程式才能繼續執行。

主程式啟動多個 goroutine，並使用 WaitGroup 來等待它們全部完成。

重點摘要

• goroutine 是 Go 併發的執行單元，用 go 關鍵字啟動，需要協調機制。
• WaitGroup 是可靠的協調工具，用於等待一組 goroutine 完成。

只是當多個 goroutine 同時操作同一個變數時，會引發一個更棘手的問題：共享記憶體競爭。
下一篇會繼續來面對這個問題。

參考資源

• A Tour of Go: Concurrency - Go 官方提供的互動式教學，是理解 goroutine 和 channel 的絕佳起點。
• The Go Programming Language (Paperback) | 天瓏網路書店 - 這本由 Go 語言創始人之一編寫的經典書籍，關於併發的章節有詳細的解釋。
• Go by Example: WaitGroups - 透過簡單明瞭的範例，快速掌握 WaitGroup 的用法。
• Effective Go - The Go Programming Language - Go 官方關於如何寫出有效率 Go 程式碼的指南，其中包含許多關於併發的最佳實踐。