Go语言通道

Posted 2022-11-13 styshoo

背景

Golang与其他语言最大的区别是什么呢？在我看来，一个是goroutine，另一个就是通道channel了。

其他语言，一般通过共享内存的方式实现不同线程间的通信，也就是说，把数据放在共享内存以供多个线程来使用。这种方法思路简单，但却使得并发控制变得复杂和低效。Golang不建议使用这种方式（虽然也提供了这种传统方式），而是推荐使用通道，也就是channel。

详解

基础操作

声明通道

声明一个通道类型如下：

var intChan chan int

初始化通道

通道是一种引用类型，和切片、字典相同。初始化引用类型，都需要用到make关键字，下面代码分别创建了一个非缓冲通道和缓冲通道。

make(chan int)
make(chan int, 5)

发送值到通道

向通道发送一个值。

intChan <-3

从通道接收值

从通道取出一个值。第二种方式更安全，当通道被关闭时，num仍然为0，无法通过num来区分是通道出来的值为0，还是无效值为0，这时就可以通过bool型的ok值来判断是否有效了。

num := <-intChan
num, ok := <-intChan

关闭通道

使用close函数可关闭通道，建议从发送方关闭通道。
关闭通道后，如果尝试向通道发送数据，则会引起运行时恐慌；如果尝试从通道接收值，无论通道是否还有值都会立即返回，可以通过第二个值判断返回值是否有效。

func testM() 
	intChan := make(chan int, 1)

	intChan <- 3
	close(intChan)
	num, ok := <-intChan
	fmt.Printf("get num: %d, ok: %t\\n", num, ok)
	num, ok = <-intChan
	fmt.Printf("get num: %d, ok: %t\\n", num, ok)
	time.Sleep(time.Second)

通道类型

通过make初始化通道时，如果指定了第二个参数通道容量为非零时，那么该通道就是缓冲通道，否则就是非缓冲通道。

非缓冲通道

非缓冲通道，顾名思义，通道无法缓冲任何值，也就是说操作都是同步的。发送方和接收方必须都准备好，否则先执行的发送或者接受goroutine就会被阻塞。

func test1() 
	intChan := make(chan int)
	go func() 
		num := <-intChan
		fmt.Printf("get num: %d\\n", num)
	()

	intChan <- 3
	fmt.Printf("send num: %d\\n", 3)

	time.Sleep(2 * time.Second)

输出：

get num: 3
send num: 3

上面的例子中，主goroutine发送数据到通道，另外一个goroutine从通道接收数据。我们再加上一点等待时间，看是否会阻塞。

func test2() 
	fmt.Printf("start\\n")
	intChan := make(chan int)
	go func() 
		num := <-intChan
		fmt.Printf("get num: %d\\n", num)
	()

	time.Sleep(2 * time.Second)
	intChan <- 3
	fmt.Printf("send num: %d\\n", 3)
	time.Sleep(2 * time.Second)

我们在发送数据到通道之前，休眠了2秒。程序开始执行后，等待了2秒之后，才有get num的打印，说明这是才收到数据，也就证明了的确会被阻塞。当然，在接收通道之前休眠，也有类似的效果，发送处会被阻塞。
无法缓冲，那么下面的程序会输出什么结果呢？

 func test3() 
	intChan := make(chan int)

	intChan <- 3
	num := <-intChan
	fmt.Printf("get num: %d\\n", num)
	time.Sleep(5 * time.Second)

换成缓冲通道后，结果又如何呢？

缓冲通道

缓冲通道，也就是说通道可以缓存一定的数据，那么也就可以异步操作了。可以把缓冲通道理解为FIFO，先进先出。

func test2() 
	fmt.Printf("start\\n")
	intChan := make(chan int, 5)
	go func() 
		for i := 0; i < 6; i++ 
			num, ok:= <-intChan
			fmt.Printf("get num: %d, %t\\n", num, ok)
		
	()

	for i := 0; i < 6; i++ 
		intChan <- i
	
	time.Sleep(2 * time.Second)

输出：

start
get num: 0, true
get num: 1, true
get num: 2, true
get num: 3, true
get num: 4, true

可以通过len函数查看通道当前的长度，cap函数查看通道的容量。

func test2() 
	fmt.Printf("start\\n")
	intChan := make(chan int, 5)

	for i := 0; i < 5; i++ 
		intChan <- i
		fmt.Printf("len: %d, cap: %d\\n", len(intChan), cap(intChan))
	

	time.Sleep(5 * time.Second)
	fmt.Printf("end\\n")

输出：

start
len: 1, cap: 5
len: 2, cap: 5
len: 3, cap: 5
len: 4, cap: 5
len: 5, cap: 5
end

处理通道数据

for语句

使用for循环和range来接收通道数据，即使通道被关闭，通道内的数据也能正确的被接收处理，待通道内数据都被接收完后，for语句就会立即结束。可以省掉判断接收值是否有效的代码，更加简洁。

func test1() 
	intChan := make(chan int, 10)
	go func() 
		for i := range intChan 
			fmt.Printf("num: %d\\n", i)
		
		fmt.Printf("receiving ends\\n")
	()

	for i := 0; i < 5; i++ 
		intChan <-i
	

	close(intChan)

	time.Sleep(10 * time.Second)

select语句

select语句可以用来接收和发送通道，其语法形式和switch语句类似，只是select关键字后直接跟大括号。

select语句tip1

select选择不阻塞的case分支时，具有随机性。

func test1() 
	times := 10
	intChan := make(chan int, times)
	for i := 0; i < times; i++ 
		select 
		case intChan <-0:
		case intChan <-1:
		case intChan <-2:
		
	
	for i := 0; i < times; i++ 
		fmt.Printf("num: %d\\n", <-intChan)
	

	time.Sleep(1 * time.Second)

输出如下。

num: 1
num: 2
num: 1
num: 2
num: 0
num: 0
num: 0
num: 1
num: 1
num: 1

select语句tip2

无论选择哪条case语句，所有case语句里，通道符两边的表达式都会被求值。且执行顺序是从上到下，从左到右。

var intChan1 chan int
var intChan2 chan int
var channels = []chan intintChan1, intChan2
var nums = []int1, 2

func getChan(i int) chan int 
	fmt.Printf("channel[%d]\\n", i)
	return channels[i]


func getNum(i int) int 
	fmt.Printf("nums[%d]\\n", i)
	return nums[i]


func test2() 
	fmt.Printf("start\\n")
	// channels[0] = make(chan int, 1)
	// channels[1] = make(chan int, 1)
	select 
	case getChan(0) <-getNum(0):
		fmt.Printf("case 0\\n")
	case getChan(1) <-getNum(1):
		fmt.Printf("case 1\\n")
	default:
		fmt.Println("default case")
	

	time.Sleep(1 * time.Second)
	fmt.Printf("end\\n")

输出：

start
channel[0]
nums[0]
channel[1]
nums[1]
default case
end

两个通道都未被初始化，发送数据到通道会被阻塞，所以最终选择了执行default分支。但前面case两边的表达式都被求值了。
再分别取消示例中对通道初始化的注释，再执行，可以看到无论选择哪条分支，case两边的表达式都会被求值。

select语句tip3

如果所有分支都阻塞，且没有default分支，那么该select语句就会被阻塞。

func test3() 
	fmt.Printf("start\\n")
	// A deadlock will happen
	select 
	case getChan(0) <-getNum(0):
		fmt.Printf("case 0\\n")
	case getChan(1) <-getNum(1):
		fmt.Printf("case 1\\n")
	

	time.Sleep(1 * time.Second)
	fmt.Printf("end\\n")

输出：

start
channel[0]
nums[0]
channel[1]
nums[1]
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

由于是主goroutine，且没有其他goroutine，就发生了死锁。

参考

https://www.cnblogs.com/wt645631686/p/9657711.html
《Go并发编程实践》