Go 协程完全指南

协程是什么

协程是 Go 运行时管理的轻量级执行单元。在函数调用前加上 go 关键字，该函数就会在一个新的协程中并发执行。与操作系统线程不同，协程的初始栈仅约 2KB，且可动态伸缩，因此同一进程中创建数十万甚至上百万个协程是可行的。这种轻量性是 Go 在高并发场景中脱颖而出的根本原因。

协程由 Go 运行时调度，而非操作系统直接管理。运行时将大量协程多路复用到少量操作系统线程上，当某个协程因系统调用而阻塞时，运行时会自动将同一线程上的其他协程移至可运行的线程，避免整体阻塞。开发者对此毫无感知，这正是设计目标。

启动与生命周期

启动协程只需在函数调用前加 go 关键字。但启动协程的同时也承担了生命周期义务：必须明确它如何结束、错误如何上报、以及不再需要其结果时如何取消。一个常见的误区是认为 main 函数会等待其他协程完成——实际上 main 返回即终止进程，所有未完成的协程都会被直接杀死。因此，同步机制是协程编程的必备配套。

协程间通信：通道

Go 的并发哲学是"不要通过共享内存来通信，而要通过通信来共享内存"。通道正是这一理念的载体。通道是有类型的，声明时需指定传输的数据类型，用 make 创建。发送用 ch <- x，接收用 x = <-ch 或 <-ch 丢弃值。

无缓冲通道的发送和接收是同步的：发送方阻塞直到有接收方就绪，反之亦然。缓冲通道则允许在缓冲区未满时异步发送。关闭通道用 close(ch)，关闭后不能再发送，但接收方仍可读取剩余数据，读完后得到零值。用 range 遍历通道会在通道关闭且数据耗尽后自动结束循环。

方向约束是通道的实用特性：chan<- int 表示只发送，<-chan int 表示只接收。在函数签名中使用方向约束可以提升 API 的类型安全性。

select 语句让协程可以同时等待多个通道操作。结合 default 分支可实现非阻塞收发，结合 time.After 可实现超时控制。

同步原语

当协程之间需要共享内存而非通过通道传递所有权时，sync 包提供了必要的工具。

sync.WaitGroup 用于等待一组已知数量的协程完成。调用 Add(1) 登记任务，协程结束时用 defer wg.Done() 递减计数，Wait() 阻塞至计数归零。关键细节：Add 必须在启动协程之前调用，否则可能主协程先执行到 Wait 而错过登记；Done 建议用 defer 包裹，确保 panic 时也能递减；WaitGroup 不可复用，一次 Wait 结束后才能开始下一轮。

sync.Mutex 用于保护临界区。Lock 与 Unlock 之间同一时刻只允许一个协程进入，通常配合 defer mu.Unlock() 使用。sync.RWMutex 允许多个读者并发，但写者独占：写操作进行时，读写都被阻塞；读操作进行时，写被阻塞。读多写少的场景下 RWMutex 能显著提升吞吐。

取消与超时控制：context

协程一旦启动，本身没有"停止"接口。context 包提供了标准化的取消传播机制。context.WithCancel 返回子上下文和取消函数，调用取消函数会关闭该上下文的 Done 通道，所有监听此通道的协程应随即退出。context.WithTimeout 和 WithDeadline 在此基础上增加了自动超时。

取消传播是核心特性：父上下文取消时，所有派生上下文自动取消。在 HTTP 服务中，请求的 context 会在客户端断开时自动取消，将其传递给数据库查询、下游 RPC 调用，即可实现整条链路的及时退出。惯用模式是在 select 中同时监听 ctx.Done() 和业务通道，Done 先关闭则提前返回。每次创建带取消的 context 后，务必 defer cancel()，否则父上下文存活期间子上下文无法被回收。

调度模型：GMP

理解 GMP 有助于写出更合理的并发代码。G 代表协程，是任务本身；M 代表操作系统线程，是真正执行指令的载体；P 代表处理器上下文，持有本地协程队列和运行资源。P 的数量默认等于 CPU 核心数，可通过 GOMAXPROCS 调整。同一时刻，一个 M 绑定一个 P 执行 G。

每个 P 有本地队列，新创建的协程优先放入当前 P 的队列。P 空闲时会从其他 P 的队列"窃取"一半任务，实现负载均衡。Go 1.14 起引入了基于信号的异步抢占，纯计算循环（无函数调用）的协程也能被强制让出，解决了早期版本中紧密循环可能饿死其他协程的问题。

常见陷阱与最佳实践

闭包中的循环变量。在 Go 1.22 之前，循环变量在所有迭代间共享，协程闭包中直接引用循环变量会导致意外结果。解法是将变量作为参数传入协程，或在循环体内创建局部副本。Go 1.22 起循环变量每次迭代独立，此问题不再存在，但显式传参仍是清晰的做法。

用 Sleep 等待协程完成。time.Sleep 将程序性能绑定到真实时钟上，且时长难以准确预估。应使用 WaitGroup 或通道进行确定性同步。

忽略协程的生命周期。每个启动的协程都应有明确的退出路径。监听 ctx.Done()、在通道关闭时 range 结束、或使用 WaitGroup 协调，都是可接受的退出机制。无退出路径的协程就是泄漏。

过度使用协程。如果一个任务在单个协程中顺序执行已经足够快，并发只会增加调度和同步开销。协程的价值在于重叠等待时间（IO、网络）或利用多核做 CPU 密集型计算，而非所有场景的默认选择。

检测数据竞争。开发阶段始终用 go test -race 或 go run -race 运行并发代码。竞态检测器能捕获大部分共享内存误用，但无法覆盖所有情况，不能替代对同步逻辑的审慎设计。