## 4.13\. 生成素数 这里我们要给出一个并行处理程序及之间的通信。这是一个非常大的课题，我们这里只是给出一些要点。 素数筛选是一个比较经典的问题（这里侧重于Eratosthenes素数筛选算法的并行特征）。它以全部的 自然后为筛选对象。首选从第一个素数2开始，后续数列中是已经素数倍数的数去掉。每次筛选可以得到 一个新的素数，然后将新的素数加入筛选器，继续筛选后面的自然数列（这里要参考算法的描述调整）。 这里是算法工作的原理图。每个框对应一个素数筛选器，并且将剩下的数列传给下一个素数筛进行筛选。  为了产生整数序列，我们使用管道。管道可以用于连接两个并行的处理单。在Go语言中， 管道由运行时库管理，可以用"make"来创建新的管道。 这是"progs/sieve.go"程序的第一个函数： ``` 09 // Send the sequence 2, 3, 4, ... to channel 'ch'. 10 func generate(ch chan int) { 11 for i := 2; ; i++ { 12 ch <- i // Send 'i' to channel 'ch'. 13 } 14 } ``` 函数"generate"用于生成2, 3, 4, 5, ...自然数序列，然后依次发送到管道。 这里用到了二元操作符"&lt;-"， 它用于向管道发送数据。当管道没有接受者的时候 会阻塞，直到有接收者从管道接受数据为止。 过滤器函数有三个参数：输入输出管道和用于过滤的素数。当输入管道读出来的数不能被 过滤素数整除时，则将当前整数发送到输出管道。这里用到了"&lt;-"操作符，它用于从 管道读取数据。 ``` 16 // Copy the values from channel 'in' to channel 'out', 17 // removing those divisible by 'prime'. 18 func filter(in, out chan int, prime int) { 19 for { 20 i := <-in // Receive value of new variable 'i' from 'in'. 21 if i % prime != 0 { 22 out <- i // Send 'i' to channel 'out'. 23 } 24 } 25 } ``` 整数生成器generator函数和过滤器filters是并行执行的。Go语言有自己的并发 程序设计模型，这个和传统的进程/线程/轻量线程类似。为了区别，我们把Go语言 中的并行程序称为goroutines。如果一个函数要以goroutines方式并行执行， 只要用"go"关键字作为函数调用的前缀即可。goroutines和它的启动线程并行执行， 但是共享一个地址空间。例如，以goroutines方式执行前面的sum函数： ``` go sum(hugeArray); // calculate sum in the background ``` 如果想知道计算什么时候结束，可以让sum用管道把结果返回： ``` ch := make(chan int); go sum(hugeArray, ch); // ... do something else for a while result := &lt;-ch; // wait for, and retrieve, result ``` 再回到我们的素数筛选程序。下面程序演示如何将不同的素数筛链接在一起： ``` 28 func main() { 29 ch := make(chan int) // Create a new channel. 30 go generate(ch) // Start generate() as a goroutine. 31 for { 32 prime := <-ch 33 fmt.Println(prime) 34 ch1 := make(chan int) 35 go filter(ch, ch1, prime) 36 ch = ch1 37 } 38 } ``` 29行先调用"generate"函数，用于产生最原始的自然数序列（从2开始）。然后 从输出管道读取的第一个数为新的素数，并以这个新的素数生成一个新的过滤器。 然后将新创建的过滤器添加到前一个过滤器后面，新过滤器的输出作为新的输出 管道。 sieve程序还可以写的更简洁一点。这里是"generate"的改进，代码在 "progs/sieve1.go"中： ``` 10 func generate() chan int { 11 ch := make(chan int) 12 go func(){ 13 for i := 2; ; i++ { 14 ch <- i 15 } 16 }() 17 return ch 18 } ``` 新完善的generate函数在内部进行必须的初始化操作。它创建输出管道，然后 启动goroutine用于产生整数序列，最后返回输出管道。它类似于一个并发程序 的工厂函数，完成后返回一个用于链接的管道。 第12-16行用go关键字启动一个匿名函数。需要注意的是，generate函数的"ch" 变量对于匿名函数是可见，并且"ch"变量在generate函数返回后依然存在（因为 匿名的goroutine还在运行）。 这里我们采用过滤器"filter"来筛选后面的素数： ``` 21 func filter(in chan int, prime int) chan int { 22 out := make(chan int) 23 go func() { 24 for { 25 if i := <-in; i % prime != 0 { 26 out <- i 27 } 28 } 29 }() 30 return out 31 } ``` 函数"sieve"对应处理的一个主循环，它只是依次将数列交给后面的素数筛选器进行筛选。 如果遇到新的素数，再输出素数后以该素数创建信的筛选器。 ``` 33 func sieve() chan int { 34 out := make(chan int) 35 go func() { 36 ch := generate() 37 for { 38 prime := <-ch 39 out <- prime 40 ch = filter(ch, prime) 41 } 42 }() 43 return out 44 } ``` 主函数入口启动素数生成服务器，然后打印从管道输出的素数： ``` 46 func main() { 47 primes := sieve() 48 for { 49 fmt.Println(<-primes) 50 } 51 } ```