一文初探 Goroutine 与 channel

Posted 2023-02-02

耐心和持久胜过激烈和狂热。

哈喽大家好，我是陈明勇，本文介绍的内容是 ​​Go​​​ 并发模块的两个重要角色 → ​​goroutine​​​ 与 ​​channel​​​。如果本文对你有帮助，不妨点个赞，如果你是 ​​Go​​ 语言初学者，不妨点个关注，一起成长一起进步，如果本文有错误的地方，欢迎指出！

前言

Go 语言的 ​​CSP​​​ 并发模型的实现包含两个主要组成部分：一个是 ​​Goroutine​​​，另一个是 ​​channel​​。本文将会介绍它们的基本用法和注意事项。

Goroutine

​​Goroutine​​​ 是 ​​Go​​​ 应用的基本执行单元，它是一种轻量的用户级线程，其底层是通过 ​​coroutine​​​（协程）去实现的并发。众所周知，协程是一种运行在用户态的用户线程，因此 ​​Goroutine​​​ 也是被调度于 ​​Go​​ 程序运行时。

基本用法

语法：go + 函数/方法

通过 go 关键字 + 函数/方法 可以创建一个 ​​Goroutine​​。

代码示例：

import (
   "fmt"
   "time"
)

func printGo() 
   fmt.Println("具名函数")


type G struct 


func (g G) g() 
   fmt.Println("方法")


func main() 
   // 基于具名函数创建 goroutine
   go printGo()
   // 基于方法创建 goroutine
   g := G
   go g.g()
   // 基于匿名函数创建 goroutine
   go func() 
      fmt.Println("匿名函数")
   ()
   // 基于闭包创建 goroutine
   i := 0
   go func() 
      i++
      fmt.Println("闭包")
   ()
   time.Sleep(time.Second) // 避免 main goroutine 结束后，其创建的 goroutine 来不及运行，因此在此休眠 1 秒

执行结果：

闭包
具名函数
方法
匿名函数

当多个 ​​Goroutine​​ 存在时，它们的执行顺序是不固定的。因此每次打印的结果都不相同。

由代码可知，通过 ​​go​​ 关键字，我们可以基于 具名函数 / 方法 创建 ​​goroutine​​，也可以基于 匿名函数 / 闭包 创建 ​​goroutine​​。

那么 ​​Goroutine​​​ 是如何退出的呢？正常情况下，只要 ​​Goroutine​​​ 函数执行结束，或者执行返回，意味着 ​​Goroutine​​​ 的退出。如果 ​​Goroutine​​​ 的函数或方法有返回值，在 ​​Goroutine​​ 退出时会将其忽略。

channel

​​channel​​​ 在 Go 并发模型中扮演者重要的角色。它可以用于实现 ​​Goroutine​​​ 间的通信，也可以用来实现 ​​Goroutine​​ 间的同步。

channel 的基本操作

​​channel​​​ 是一种复合数据类型，声明时需要指定 ​​channel​​ 里元素的类型。

声明语法：var ch chan string

通过上述代码声明一个元素类型为 ​​string​​​ 的 ​​channel​​​，其只能存放 ​​string​​​ 类型的元素。​​channel​​​ 是引用类型，必须初始化才能写入数据，通过 ​​make​​ 的方式初始化。

import (
   "fmt"
)

func main() 
   var ch chan string
   ch = make(chan string, 1)
   // 打印 chan 的地址
   fmt.Println(ch)
   // 向 ch 发送 "Go" 数据
   ch <- "Go"
   // 从 ch 中接收数据
   s := <-ch
   fmt.Println(s) // Go

通过 ​​ch <- xxx​​​ 可以向 ​​channel​​​ 变量 ​​ch​​​ 发送数据，通过 ​​x := <- ch​​​ 可以从 ​​channel​​​ 变量 ​​ch​​ 中接收数据。

带缓冲 channel 与无缓冲 channel

如果初始化 ​​channel​​​ 时，不指定容量时，则创建的是一个无缓冲的 ​​channel​​：

ch := make(chan string)

无缓冲的 ​​channel​​​ 的发送与接收操作是同步的，在执行发送操作之后，对应 ​​Goroutine​​​ 将会阻塞，直到有另一个 ​​Goroutine​​ 去执行接收操作，反之亦然。如果将发送操作和执行操作放在同一个 Goroutine 下进行，会发生什么操作呢？看看下述代码：

import (
   "fmt"
)

func main() 
   ch := make(chan int)
   // 发送数据
   ch <- 1 // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
   // 接收数据
   n := <-ch
   fmt.Println(n)

程序运行之后，会在 ​​ch <-​​​ 处得到 ​​fatal error​​​，提示所有的 ​​Goroutine​​​ 处于休眠状态，也就是死锁了。为避免这种情况，我们需要将 ​​channel​​​ 的发送操作和接收操作放到不同的 ​​Goroutine​​ 中执行。

import (
   "fmt"
)

func main() 
   ch := make(chan int)
   go func() 
      // 发送数据
      ch <- 1
   ()
   // 接收数据
   n := <-ch
   fmt.Println(n) // 1

由上述例子可以得出结论：无缓冲 ​​channel​​​ 的发送与接收操作，一定要放在两个不同的 ​​Goroutine​​​ 中进行，否则会发生 ​​deadlock​​ 形象。

---

如果指定容量，则创建的是一个带缓冲的 ​​channel​​：

ch := make(chan string, 5)

有缓冲的 ​​channel​​​ 与无缓冲的 ​​chennel​​​ 有所区别，执行发送操作时，只要 ​​channel​​​ 的缓冲区未满，​​Goroutine​​​ 不会挂起，直到缓冲区满时，再向 ​​channel​​​ 执行发送操作，才会导致 ​​Goroutine​​ 挂起。代码示例：

func main() 
   ch := make(chan int, 1)
   // 发送数据
   ch <- 1

   ch <- 2 // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

声明 channel 的只发送类型和只接收类型

• 既能发送又能接收的 ​​channel​​

ch := make(chan int, 1)

通过上述代码获得 ​​channel​​ 变量，我们可以对它执行发送与接收的操作。

• 只接收的 ​​channel​​

ch := make(<-chan int, 1)

通过上述代码获得 ​​channel​​ 变量，我们只能对它进行接收操作。

• 只发送的 ​​channel​​

ch := make(chan<- int, 1)

通过上述代码获得 ​​channel​​ 变量，我们只能对它进行发送操作。

通常只发送 ​​channel​​​ 类型和只接收 ​​channel​​ 类型，会被用作函数的参数类型或返回值：

func send(ch chan<- int) 
   ch <- 1


func recv(ch <-chan int) 
   <-ch

channel 的关闭

通过内置函 ​​ close(c chan<- Type)​​​，可以对 ​​channel​​ 进行关闭。

• 在发送端关闭

在 ​​channel​​​ 关闭之后，将不能对 ​​channel​​​ 执行发送操作，否则会发生 ​​panic​​​，提示 ​​channel​​ 已关闭。

xxxxxxxxxx

 

1

func main() 

2

ch := make(chan int, 5)

3

ch <- 1

4

close(ch)

5

ch <- 2 // panic: send on closed channel

6

• 管道 ​​channel​​​ 之后，依旧可以对 ​​channel​​​ 执行接收操作，如果存在缓冲区的情况下，将会读取缓冲区的数据，如果缓冲区为空，则获取到的值为 ​​channel​​ 对应类型的零值。

import "fmt"

    func main() 
       ch := make(chan int, 5)
       ch <- 1
       close(ch)
       fmt.Println(<-ch) // 1
       n, ok := <-ch
       fmt.Println(n)  // 0
       fmt.Println(ok) // false
    
    ```

• 如果通过 for-range 遍历 ​​channel​​​ 时，中途关闭 ​​channel​​​ 则会导致 ​​for-range​​ 循环结束。

小结

本文首先介绍了 ​​Goroutine​​的创建方式以及其退出的时机是什么。

其次介绍了如何创建 ​​channel​​​ 类型变量的有缓冲与无缓冲的创建方式。需要注意的是，无缓冲的 ​​channel​​​ 发送与接收操作，需要在两个不同的 ​​Goroutine​​​ 中执行，否则会发送 ​​error​​。

接下来介绍如何定义只发送和只接收的 ​​channel​​​ 类型。通常只发送 ​​channel​​​ 类型和只接收 ​​channel​​ 类型，会被用作函数的参数类型或返回值。

最后介绍了如何关闭 ​​channel​​，以及关闭之后的一些注意事项。