Golang l&agrave; một ng&ocirc;n ngữ lập tr&igrave;nh m&atilde; nguồn mở bao gồm nhiều t&iacute;nh năng như thư viện chuẩn, quản l&yacute; g&oacute;i, nhập kiểu tĩnh, hỗ trợ kiểm thử v&agrave; nền tảng độc lập . Golang l&agrave; một trong những ng&ocirc;n ngữ kh&aacute; được ưa chuộng gần đ&acirc;y v&agrave; c&oacute; nhu cầu sử dụng cao trong lập tr&igrave;nh. Kh&oacute;a học n&agrave;y TEK4.VN sẽ cung cấp c&aacute;c kh&aacute;i niệm cơ bản v&agrave; n&acirc;ng cao về Golang, v&iacute; dụ xử l&yacute; ngoại lệ, mạng v&agrave; tạo mẫu. Trong kh&oacute;a học n&agrave;y, bạn cũng sẽ học c&aacute;c kh&aacute;i niệm cốt l&otilde;i về t&iacute;nh đồng thời. Bạn cũng sẽ được cung cấp c&aacute;c c&acirc;u hỏi v&agrave; b&agrave;i tập gi&uacute;p luyện tập kỹ năng tư duy phản biện v&agrave; giải quyết vấn đề sử dụng Golang. Sau khi ho&agrave;n th&agrave;nh kh&oacute;a học, bạn c&oacute; thể sử dụng Golang để viết c&aacute;c ứng dụng hiệu quả v&agrave; thực tế sử dụng t&iacute;nh đồng thời.
<h3 style="text-align: justify;">Mục ti&ecirc;u</h3>
<ul style="text-align: justify;">
<li style="font-weight: 400;" aria-level="1">Học c&aacute;c kh&aacute;i niệm cơ bản của Golang</li>
<li style="font-weight: 400;" aria-level="1">Học về t&iacute;nh đồng thời v&agrave; c&aacute;c khối kiến thức x&acirc;y dựng li&ecirc;n quan đến t&iacute;nh đồng thời</li>
<li style="font-weight: 400;" aria-level="1">Học c&aacute;ch x&acirc;y dựng một ứng dụng web ho&agrave;n chỉnh bằng Golang</li>
</ul>

Golang từ cơ bản đến nâng cao

<h2 style="text-align: justify;">Giới thiệu</h2>
Đ&uacute;ng như mong đợi đối với một ng&ocirc;n ngữ lập tr&igrave;nh thế kỷ 21, Go cung cấp c&ocirc;ng cụ cho giao tiếp giữa c&aacute;c ứng dụng v&agrave; hỗ trợ c&aacute;c ứng dụng đồng thời. Đ&acirc;y l&agrave; những chương tr&igrave;nh thực thi c&aacute;c đoạn code kh&aacute;c nhau đồng thời, c&oacute; thể tr&ecirc;n c&aacute;c bộ vi xử l&yacute; hoặc m&aacute;y t&iacute;nh kh&aacute;c nhau. C&aacute;c khối x&acirc;y dựng cơ bản cho việc cấu tr&uacute;c chương tr&igrave;nh đồng thời l&agrave; goroutine v&agrave; channel. Triển khai của ch&uacute;ng y&ecirc;u cầu sự hỗ trợ từ ng&ocirc;n ngữ, tr&igrave;nh bi&ecirc;n dịch v&agrave; thời gian chạy. Bộ thu gom r&aacute;c của Go cũng l&agrave; cần thiết để gi&uacute;p lập tr&igrave;nh đồng thời một c&aacute;ch dễ d&agrave;ng hơn. Hỗ trợ n&agrave;y phải được t&iacute;ch hợp v&agrave;o Go với c&aacute;c kiểu dữ liệu cụ thể (chan), từ kh&oacute;a (go, select) v&agrave; cấu tr&uacute;c (goroutine), v&agrave; kh&ocirc;ng chỉ được th&ecirc;m v&agrave;o như một thư viện ri&ecirc;ng biệt (như <code>java.util.concurrent</code> cho Java).
Kh&ocirc;ng giao tiếp bằng c&aacute;ch chia sẻ bộ nhớ. Thay v&agrave;o đ&oacute;, h&atilde;y chia sẻ bộ nhớ bằng c&aacute;ch giao tiếp. Giao tiếp buộc phải c&oacute; sự phối hợp.
<h2 style="text-align: justify;">Goroutine l&agrave; g&igrave;?</h2>
Ứng dụng l&agrave; một tiến tr&igrave;nh chạy tr&ecirc;n m&aacute;y; tiến tr&igrave;nh l&agrave; một thực thể thực thi độc lập chạy trong kh&ocirc;ng gian địa chỉ ri&ecirc;ng của n&oacute; trong bộ nhớ. Tiến tr&igrave;nh được tạo th&agrave;nh từ một hoặc nhiều luồng hệ điều h&agrave;nh thực thi đồng thời sử dụng c&ugrave;ng một kh&ocirc;ng gian địa chỉ. Đa phần c&aacute;c chương tr&igrave;nh thực tế đều sử dụng đa luồng nhằm tr&aacute;nh thời gian chờ cho người d&ugrave;ng hoặc m&aacute;y t&iacute;nh, để phục vụ nhiều y&ecirc;u cầu đồng thời (như m&aacute;y chủ web) hoặc tăng hiệu suất v&agrave; khả năng xử l&yacute; (v&iacute; dụ: thực thi chương tr&igrave;nh song song tr&ecirc;n c&aacute;c tập dữ liệu kh&aacute;c nhau). Ứng dụng đồng thời c&oacute; thể thực thi nhiều luồng tr&ecirc;n một bộ xử l&yacute; hoặc l&otilde;i. Tuy nhi&ecirc;n, khi một ứng dụng thực thi đồng thời tr&ecirc;n nhiều l&otilde;i hoặc bộ xử l&yacute; th&igrave; gọi l&agrave; xử l&yacute; song song.&nbsp;
Xử l&yacute; song song l&agrave; khả năng gi&uacute;p cho c&aacute;c t&aacute;c vụ chạy nhanh hơn bằng c&aacute;ch sử dụng nhiều bộ xử l&yacute; c&ugrave;ng một l&uacute;c. Do đ&oacute;, chương tr&igrave;nh đồng thời c&oacute; thể l&agrave; song song hoặc kh&ocirc;ng.
Ứng dụng đa luồng thường kh&oacute; để x&acirc;y dựng ổn định. Vấn đề nằm ở dữ liệu được chia sẻ trong bộ nhớ c&oacute; thể bị c&aacute;c luồng kh&aacute;c nhau xử l&yacute; theo c&aacute;ch kh&ocirc;ng dự đo&aacute;n được, dẫn đến kết quả ngẫu nhi&ecirc;n v&agrave; kh&ocirc;ng nhất qu&aacute;n, được gọi l&agrave; racing conditions.
[___NOTE_Kh&ocirc;ng sử dụng biến to&agrave;n cục hoặc bộ nhớ được chia sẻ v&igrave; ch&uacute;ng l&agrave;m cho chương tr&igrave;nh kh&ocirc;ng an to&agrave;n khi chạy xử l&yacute; đồng thời._NOTE___]
Giải ph&aacute;p cho vấn đề n&agrave;y l&agrave; đồng bộ h&oacute;a c&aacute;c luồng kh&aacute;c nhau v&agrave; kh&oacute;a dữ liệu để chỉ c&oacute; một luồng tại một thời điểm c&oacute; thể thay đổi dữ liệu. Go hỗ trợ kh&oacute;a dữ liệu th&ocirc;ng qua g&oacute;i sync trong thư viện chuẩn, khi cần kh&oacute;a trong chương tr&igrave;nh cấp thấp. Tuy nhi&ecirc;n, kinh nghiệm đ&atilde; chỉ ra rằng n&oacute; dẫn đến hướng tiếp cận lập tr&igrave;nh phức tạp, dễ g&acirc;y lỗi v&agrave; giảm hiệu suất. Trong bối cảnh lập tr&igrave;nh đa l&otilde;i v&agrave; đa bộ xử l&yacute; hiện đại, phương ph&aacute;p truyền thống sử dụng một luồng cho mỗi kết nối l&agrave; kh&ocirc;ng đủ hiệu quả.
Trong Go, c&oacute; một phong c&aacute;ch lập tr&igrave;nh được gọi l&agrave; Communicating Sequential Processes (CSP, được ph&aacute;t minh bởi C.A.R. Hoare), được coi l&agrave; ph&ugrave; hợp hơn trong nhiều trường hợp. N&oacute; c&ograve;n được gọi l&agrave; m&ocirc; h&igrave;nh truyền th&ocirc;ng tin, được &aacute;p dụng trong c&aacute;c ng&ocirc;n ngữ kh&aacute;c như Erlang.
C&aacute;c phần của ứng dụng chạy đồng thời được gọi l&agrave; goroutine trong Go, ch&uacute;ng thực hiện t&iacute;nh to&aacute;n song song. Goroutine trong Go tương ứng với luồng hệ điều h&agrave;nh: goroutine được &aacute;nh xạ v&agrave;o (multiplexed, được thực thi bởi) một hoặc nhiều luồng, tuỳ thuộc v&agrave;o t&iacute;nh khả dụng của ch&uacute;ng. Tr&igrave;nh lập lịch goroutine thực hiện điều n&agrave;y trong Go runtime.
C&aacute;c goroutine chia sẻ c&ugrave;ng một kh&ocirc;ng gian địa chỉ bộ nhớ. Do đ&oacute;, việc truy cập v&agrave;o bộ nhớ chung phải được đồng bộ h&oacute;a. Việc n&agrave;y c&oacute; thể được thực hiện th&ocirc;ng qua g&oacute;i <code>sync</code>, nhưng n&oacute; kh&ocirc;ng được khuyến kh&iacute;ch. Thay v&agrave;o đ&oacute;, Go sử dụng channel (k&ecirc;nh) để đồng bộ h&oacute;a goroutine.
Khi lệnh gọi hệ thống chặn một goroutine (v&iacute; dụ: chờ I/O), c&aacute;c goroutine kh&aacute;c tiếp tục chạy tr&ecirc;n c&aacute;c luồng kh&aacute;c. Thiết kế của goroutine gi&uacute;p giảm bớt sự phức tạp trong việc tạo v&agrave; quản l&yacute; luồng. Goroutine rất nhẹ, nhẹ hơn nhiều so với luồng. Ch&uacute;ng sử dụng &iacute;t bộ nhớ v&agrave; t&agrave;i nguy&ecirc;n: được tạo với kh&ocirc;ng gian bộ nhớ ngăn xếp 2 KB tr&ecirc;n heap. Được tạo ra với t&agrave;i nguy&ecirc;n &iacute;t tốn k&eacute;m như vậy, ta c&oacute; thể khởi chạy một lượng lớn goroutine nếu cần thiết (khoảng h&agrave;ng trăm ngh&igrave;n trong c&ugrave;ng kh&ocirc;ng gian địa chỉ). Lượng bộ nhớ khả dụng giới hạn số lượng goroutine. Ngo&agrave;i ra, goroutine sử dụng ngăn xếp ph&acirc;n đoạn để tăng (hoặc giảm) k&iacute;ch thước ngăn xếp một c&aacute;ch tự động; quản l&yacute; ngăn xếp l&agrave; qu&aacute; tr&igrave;nh tự động. Bộ thu gom r&aacute;c kh&ocirc;ng quản l&yacute; ngăn xếp. Thay v&agrave;o đ&oacute;, ch&uacute;ng được giải ph&oacute;ng trực tiếp khi goroutine kết th&uacute;c.
Goroutine c&oacute; thể chạy tr&ecirc;n nhiều luồng hệ điều h&agrave;nh, nhưng quan trọng hơn, ch&uacute;ng cũng c&oacute; thể chạy trong c&aacute;c luồng, cho ph&eacute;p xử l&yacute; v&ocirc; số nhiệm vụ với một lượng bộ nhớ tương đối nhỏ. Goroutines được chia nhỏ th&agrave;nh c&aacute;c khối thời gian nhỏ hơn để thực thi tr&ecirc;n c&aacute;c luồng của hệ điều h&agrave;nh, do đ&oacute;, nhiều goroutine c&oacute; thể được chạy c&ugrave;ng l&uacute;c tr&ecirc;n số lượng luồng hệ điều h&agrave;nh nhỏ hơn. Tr&igrave;nh quản l&yacute; Go đủ th&ocirc;ng minh để biết goroutine n&agrave;o đang chặn điều g&igrave; v&agrave; n&oacute; sẽ chuyển sang l&agrave;m điều g&igrave; đ&oacute; kh&aacute;c.
C&oacute; hai kiểu xử l&yacute; đồng thời: deterministic (định thứ tự r&otilde; r&agrave;ng) v&agrave; non-deterministic (kh&oacute;a/loại trừ lẫn nhau nhưng kh&ocirc;ng x&aacute;c định thứ tự). Goroutines v&agrave; k&ecirc;nh của Go khuyến kh&iacute;ch sử dụng kiểu định thứ tự (v&iacute; dụ: k&ecirc;nh với một người gửi v&agrave; một người nhận) bởi n&oacute; dễ d&agrave;ng suy luận hơn. Ch&uacute;ng ta sẽ so s&aacute;nh cả hai phương ph&aacute;p trong một thuật to&aacute;n phổ biến (B&agrave;i to&aacute;n Worker).
Goroutine được triển khai như h&agrave;m hoặc phương thức (n&oacute; c&oacute; thể l&agrave; h&agrave;m ẩn danh hoặc lambda) v&agrave; được gọi (k&iacute;ch hoạt) bằng từ kh&oacute;a <code>go</code>. Lệnh bắt đầu chạy h&agrave;m đồng thời với t&iacute;nh to&aacute;n hiện tại nhưng trong c&ugrave;ng kh&ocirc;ng gian địa chỉ v&agrave; c&oacute; ngăn xếp ri&ecirc;ng của n&oacute;. V&iacute; dụ:
<pre class="language-go" data-content="go%20sum(bigArray)%20%2F%2F%20calculate%20sum%20in%20the%20background" data-language="go" data-ace-language="golang" data-name-language="GoLang" data-main-file="main.go"><code>go sum(bigArray) // calculate sum in the background</code></pre>
Ngăn xếp của goroutine tăng v&agrave; giảm khi cần. Hiện tượng tr&agrave;n ngăn xếp sẽ kh&ocirc;ng xảy ra v&agrave; lập tr&igrave;nh vi&ecirc;n kh&ocirc;ng cần quan t&acirc;m đến k&iacute;ch thước ngăn xếp. Khi goroutine kết th&uacute;c, n&oacute; sẽ tự động tho&aacute;t m&agrave; kh&ocirc;ng th&ocirc;ng b&aacute;o g&igrave; cả, c&oacute; nghĩa l&agrave; kh&ocirc;ng c&oacute; g&igrave; được trả về cho h&agrave;m đ&atilde; khởi chạy n&oacute;. H&agrave;m <code>main()</code> trong mọi chương tr&igrave;nh Go cũng c&oacute; thể xem như goroutine, mặc d&ugrave; n&oacute; kh&ocirc;ng được khởi chạy bằng từ kh&oacute;a <code>go</code>. Goroutine c&oacute; thể chạy trong qu&aacute; tr&igrave;nh khởi tạo chương tr&igrave;nh (trong h&agrave;m <code>init()</code>).
Để dừng một goroutine đang thực thi, ta gọi <code>runtime.Goexit()</code>, mặc d&ugrave; trường hợp đ&oacute; hiếm khi cần thiết. Khi goroutine y&ecirc;u cầu nhiều t&agrave;i nguy&ecirc;n xử l&yacute;, bạn c&oacute; thể gọi <code>runtime.Gosched()</code> định kỳ trong v&ograve;ng lặp t&iacute;nh to&aacute;n. Điều n&agrave;y cho ph&eacute;p bộ xử l&yacute; chuyển sang chạy c&aacute;c goroutine kh&aacute;c. N&oacute; kh&ocirc;ng tạm dừng goroutine hiện tại, v&igrave; vậy luồng thực thi sẽ tiếp tục chạy tự động. Bằng c&aacute;ch sử dụng <code>Gosched()</code>, t&iacute;nh to&aacute;n được ph&acirc;n bổ đều hơn v&agrave; tr&aacute;nh gi&aacute;n đoạn giao tiếp giữa c&aacute;c goroutine.
<h2 style="text-align: justify;">Sự kh&aacute;c biệt giữa Xử l&yacute; đồng thời v&agrave; Xử l&yacute; song song</h2>
Nguy&ecirc;n tắc cơ bản về xử l&yacute; đồng thời trong Go cung cấp nền tảng để thiết kế c&aacute;c chương tr&igrave;nh đồng thời hiệu quả: tạo cấu tr&uacute;c chương tr&igrave;nh đại diện cho c&aacute;c h&agrave;nh động được thực thi độc lập. V&igrave; vậy, trọng t&acirc;m của Go kh&ocirc;ng nằm ở xử l&yacute; song song v&igrave; chương tr&igrave;nh đồng thời c&oacute; thể c&oacute; hoặc kh&ocirc;ng c&oacute; khả năng xử l&yacute; song song. Tuy nhi&ecirc;n, thực tế cho thấy hầu hết c&aacute;c chương tr&igrave;nh đồng thời được thiết kế tốt cũng c&oacute; khả năng xử l&yacute; song song rất tốt.
<img style="width: 600px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://tek4.vn/public_files/1a0b0d10-1584-4f00-a5ad-a5ea888e31fc" alt="Concurrency" />
Đồng thời
<img style="width: 600px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://tek4.vn/public_files/fe25cf57-370b-4d34-840b-35dec42f0d75" alt="Parallelism" />
Song song

Xử lý đồng thời và Xử lý song song trong Go