Communicating Sequential Processes | 通信顺序进程

CSP 代表"Communicating Sequential Processes"，它既是一种技术，也是引入它的论文的名称。1978 年，Charles Antony Richard Hoare 在计算机械协会（更通俗地称为 ACM）上发表了这篇论文。在该论文中，Hoare 认为输入和输出是两个被忽视的编程原语，特别是在并发代码中。在 Hoare 撰写本文时，关于如何构造程序的研究仍在进行中，但大部分工作都是针对连续代码的技术：goto 语句的使用正在讨论中，面向对象的思想开始萌发。并发并没有得到太多关注。Hoare 开始纠正这个问题，于是他的论文和 CSP 诞生了。

在 1978 年的论文中，CSP 只是一个简单的编程语言，仅仅是为了展示顺序过程的交流能力; 实际上，他甚至在论文中说过：

因此，本论文中介绍的概念和符号……不应被视为适合用作编程语言，无论是抽象的还是具体的编程语言。

Hoare 非常担心他所提供的技术没有进一步研究程序的正确性，而且这些技术可能不是以他自己的真实语言来表达的。在接下来的六年里，CSP 的概念被提炼成一种被称为过程演算的形式化表示，以便采取交流顺序过程的思想，并实际开始推理程序的正确性。过程演算是数学建模并发系统的一种方式，也提供了代数法则来对这些系统进行转换，以分析它们的各种属性，例如效率和正确性。虽然过程计算本身就是一个有趣的话题，但它们超出了本书的范围。而且由于关于 CSP 的原始文件和从其演变而来的语言在很大程度上是 Go 的并发模型的灵感，所以我们将重点关注这些。

为了支持他的观点，Hoare 的 CSP 程序设计语言包含原型来正确模拟输入和输出或进程之间的通信。Hoare 将术语"进程"应用于逻辑的所有封装部分，这些部分需要输入来运行并产生其他过程将消耗的输出。当他写论文时，Hoare 可能用“功能”这个词来描述如何构建社区中的程序。

为了进行流程之间的沟通，Hoare 创建了输入和输出命令 ！ 用于将输入发送到进程中，以及？用于读取进程的输出。每个命令都必须指定一个输出变量（在从流程中读取变量的情况下）或目标（在将输入发送到进程的情况下）。有时候这两个过程会引用相同的东西，在这种情况下，这两个过程将被认为是相对应的。换句话说，一个进程的输出将直接流入另一个进程的输入。下表给出了几个例子。

Go 的通道与之相似之处很明显。注意表格的最后一个例子中，来自 west 的输出是如何发送给变量 c 的，并且输入为 east 的输入来自同一个变量，这两个过程相对应。在 Hoare 关于 CSP 的第一篇论文中，进程只能通过指定的来源和目的地进行通信。他承认，这会导致代码作为库的嵌入问题，因为代码的使用者必须知道输入和输出的名称。他同时提到注册所谓的“端口名称”的可能性，其中该名称可以在并行命令的头部声明，我们可能会将其命名为命名参数并命名为返回值。

该语言还利用了所谓的守护命令，Edgar Dijkstra 在 1974 年撰写的一篇文章“Guarded commands, nondeterminacy and formal derivation of programs”中介绍了这一命令。守护命令由 → 分割。左侧是右测的有条件的守护，如果左测是错误的，或者在命令的情况下返回假或退出，则右测永远不会执行。将这些与 Hoare 的 I/O 命令结合起来为 Hoare 的通信进程奠定了基础，从而为 Go 的通道奠定了基础。

通过使用这些原语，Hoare 演示了几个例子，并演示了一种支持通信建模的语言如何使解决问题变得更简单，更容易理解。他使用的一些符号有点简单（perl 程序员可能不同意），但他提出的问题有非常明确的解决方案。Go 中的类似解决方案稍长一些，但也带有这种清晰度。

历史证明了 Hoare 是正确的; 然而，有趣的是，在 Go 发布之前，很少有语言确实将这些原语支持到语言中。大多数流行的语言都倾向于共享和同步对 CSP 的信息传递风格的访问。也有例外，但不幸的是这些仅限于没有广泛采用的语言。Go 是第一批将 CSP 原理融入其核心的语言之一，并将这种并发编程风格带给了大众。它的成功使得其他语言也试图添加这些原语。

内存访问同步本质上并不坏。我们将在后面的章节中（在“Go 的并发哲学”一节）中指出，有时在某些情况下共享内存是合适的，即使在 Go 中也是如此。但是，共享内存模型可能难以正确使用——特别是在大型或复杂的程序中。正是因为这个原因，并发才被认为是 Go 的优势之一：它从一开始就以 CSP 的原则为基础，因此很容易阅读，编写和推理。