簡介-是什么、有什么用

channel字面意思是“通道”，用于goroutine之間進(jìn)行通信、同步。

Goroutine 和 channel 是 Go 語言并發(fā)編程的兩大基石。Goroutine用于執(zhí)行并發(fā)任務(wù)，channel用于 goroutine之間的通信、同步。

看個簡單demo:

package main

import (
   "log"
   "time"
)

var logger = log.Default()

func main() {
   c1 := make(chan int)

   go func() {
      logger.Println("go sleep start")
      time.Sleep(3 * time.Second)
      logger.Println("go sleep end, send start")
      c1 <- 1
      logger.Println("send end")
   }()

   logger.Println("main receive start")
   i, ok := <-c1
   logger.Printf("main receive end, i:%d, ok:%t\n", i, ok)
}

運(yùn)行程序可以看到main協(xié)程從通道讀取值時(shí)會阻塞，直到另一個協(xié)程往通道發(fā)送數(shù)據(jù)，才會喚醒main協(xié)程。

CSP模型

與主流語言通過共享內(nèi)存來進(jìn)行并發(fā)控制方式不同，Go 語言采用了 CSP 模型。

共享內(nèi)存存在競態(tài)問題，需要加鎖同步，會造成性能問題。

CSP （Communicating Sequential Process ），即通信順序進(jìn)程， 是一種并發(fā)編程模型，是一個很強(qiáng)大的并發(fā)數(shù)據(jù)模型，是上個世紀(jì)七十年代提出的，用于描述兩個獨(dú)立的并發(fā)實(shí)體通過共享的通訊 channel(管道)進(jìn)行通信的并發(fā)模型。

強(qiáng)調(diào)通信，有這么一句話：

不要通過共享內(nèi)存來通信，而要通過通信來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享。

Go語言通過協(xié)程Goroutine和通道Channel實(shí)現(xiàn)了 CSP 模型。go語言并沒有完全實(shí)現(xiàn)了CSP模型的所有理論，僅借用了 process和channel這兩個概念（分別對應(yīng)go語言的goroutine和channel）：process是并發(fā)執(zhí)行的實(shí)體，每個實(shí)體之間通過channel通訊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

channel詳解

channel具有如下特性：

• 并發(fā)安全
• 先進(jìn)先出
• 能阻塞和喚醒goroutine

channel類型

channel是go語言的一種特殊類型，它是一個引用類型，因此未初始化時(shí)其默認(rèn)零值是nil。

1. 定義channel變量：

var 變量名稱 chan 元素類型

• 元素類型，是指channel通道中元素的具體類型。

例子：

var c1 chan int
var c2 chan string
var c3 chan bool
var c4 chan []int

2. 初始化channel，使用make：

未初始化，默認(rèn)零值是nil，對nil通道發(fā)送或接收都會一直阻塞。

make(chan 元素類型, [緩沖區(qū)容量])

• 緩沖區(qū)容量：是可選參數(shù)，不指定或?yàn)?則創(chuàng)建無緩沖通道，指定且大于0則創(chuàng)建有緩沖通道。

例子:

c1 ：= make(chan int)
c2 ：= make(chan int, 1)

channel的操作

三種操作：

• 發(fā)送（即寫操作）：往通道中發(fā)送數(shù)據(jù)
• 接收（即讀操作）：從通道中讀取數(shù)據(jù)
• 關(guān)閉

發(fā)送和接收使用<-符號。

發(fā)送

ch <- 10 // 把10發(fā)送到ch中

發(fā)送什么時(shí)候會阻塞？
當(dāng)通道未關(guān)閉且緩沖區(qū)滿時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)就會阻塞，直到有其他協(xié)程消費(fèi)數(shù)據(jù)使緩沖區(qū)不滿才不再阻塞。

接收

x := <- ch // 接收并賦值
<-ch       // 僅接收

接收什么時(shí)候會阻塞？
當(dāng)通道未關(guān)閉且緩沖區(qū)空（無數(shù)據(jù)可讀）時(shí)，接收數(shù)據(jù)就會阻塞，直到有其他協(xié)程向通道生產(chǎn)數(shù)據(jù)使緩沖區(qū)不空、有數(shù)據(jù)可讀時(shí)才不再阻塞。

多返回值模式，接收操作可以使用多返回值模式：

value, ok := <- ch

• ok：表示是否成功從通道中讀取數(shù)據(jù)。false，即未成功讀取，表示通道為空、無數(shù)據(jù)可讀了，且此時(shí)通道肯定關(guān)閉了，不然接收操作會阻塞。

注意：接收操作不阻塞，只有兩種情況：1. 有數(shù)據(jù)可讀、通道不空；2. 若無數(shù)據(jù)可讀，則通道必須關(guān)閉了

• value：從通道中讀取的值，若ok為false，則value是通道元素的數(shù)據(jù)類型的零值。

個人認(rèn)為，多返回值模式的作用：如果ok返回false，則表示通道空了且已關(guān)閉。

nil通道

chan類型的默認(rèn)零值是nil，對nil通道進(jìn)行讀、寫都會阻塞。

關(guān)閉通道

使用close函數(shù)

close(ch)

注意:

• 通常由發(fā)送方執(zhí)行關(guān)閉操作
• 關(guān)閉通道不是必須的（不像關(guān)閉文件是必須的），一般僅在接收方明確需要關(guān)閉信號時(shí)才執(zhí)行關(guān)閉操作

關(guān)閉后的通道有如下特點(diǎn)：

• 不能再發(fā)送，再發(fā)送數(shù)據(jù)會panic
• 可以接收。通道被關(guān)閉，仍然可以讀取未讀完的數(shù)據(jù)；當(dāng)通道為空（即沒有數(shù)據(jù)了），再讀取也不會造成阻塞，而是會返回對應(yīng)數(shù)據(jù)類型的零值

重要：已關(guān)閉通道，一定不會阻塞讀取操作

3. 重復(fù)關(guān)閉會panic

close最佳實(shí)踐:

1. 非必要不要close
2. 比較常見的是將close作為一種通知機(jī)制，通過close告訴消費(fèi)者我關(guān)閉了，此時(shí)消費(fèi)者消費(fèi)就不會再阻塞了。

for range接收通道數(shù)據(jù)

for range可不斷從通道中接收數(shù)據(jù)，當(dāng)通道為空且已關(guān)閉了，會退出循環(huán)（因?yàn)闉榭涨乙殃P(guān)閉的通道是不可能再有數(shù)據(jù)了）；當(dāng)通道為空但未關(guān)閉，會阻塞直到通道有數(shù)據(jù)。

示例:

func main() {
   c1 := make(chan int, 3)

   go func() {
      for i := 0; i < 10; i++ {
         <-time.After(time.Second)
         c1 <- i
      }

      <-time.After(5 * time.Second)

      for i := 90; i < 100; i++ {
         <-time.After(time.Second)
         c1 <- i
      }

      <-time.After(5 * time.Second)
      log.Default().Println("---close chan---")
      close(c1)
   }()

   go func() {
      for i := range c1 {
         log.Default().Println(i)
      }
      log.Default().Println("---chan closed---")
   }()

   for {

   }
}

單向通道

是什么？

只能發(fā)送或只能接收的通道就是單向通道。

為什么要單向通道？

某些場景下我們想限制使用者對通道的操作：只允許發(fā)送或接收，為了表明這種意圖并防止被濫用，所以go語言提供了單向channel。

如何使用？

定義單向通道：

箭頭<-和關(guān)鍵字chan的相對位置表明了當(dāng)前通道允許的操作，這種限制將在編譯階段進(jìn)行檢測。

<- chan int // 只接收通道，只能接收不能發(fā)送
chan <- int // 只發(fā)送通道，只能發(fā)送不能接收

「只接收channel」不允許close，因?yàn)橐话愣际前l(fā)送方來close通道。

通道類型轉(zhuǎn)換：

雙向通道可以轉(zhuǎn)成單向通道（是隱式轉(zhuǎn)換），但反之不行。

示例：

生產(chǎn)者只能向channel發(fā)送數(shù)據(jù)，消費(fèi)者只能從channel接收數(shù)據(jù)，所以使用單向channel

func main() {
   c1 := make(chan int, 1)
   go producer(c1)
   go consumer(c1)
   for {
   }
}
func producer(ch chan<- int) {
   for i := 0; i < 10; i++ {
      <-time.After(time.Second)
      ch <- i
   }
   log.Default().Println("producer. close chan")
   // 發(fā)送通道可close
   close(ch)
}

func consumer(ch <-chan int) {
   for i := range ch {
      log.Default().Println("consume:", i)
      // 接收通過不能close
      //close(ch)
   }
   log.Default().Println("consumer. chan closed")
}

select多路復(fù)用

作用：

可以同時(shí)監(jiān)聽多個channel的發(fā)送或接收操作。

如何使用？

• 類似switch語句，select也有一系列case分支和一個default分支，每個case分支可以監(jiān)聽一個channel的發(fā)送或接收操作，若可接收或可發(fā)送，則匹配該case分支；沒有任何case匹配，則走default分支。
• 若沒有default分支，select會一直阻塞直到某個case匹配。
• 若沒有case也沒有default分支，select會一直阻塞。
• 若同時(shí)有多個case滿足，select會隨機(jī)選擇一個case執(zhí)行。

使用方式如下：

select {
case <-ch1:
    //...
case data := <-ch2:
    //...
case ch3 <- 10:    
    //...
default:
    //默認(rèn)操作
}

示例:

func main() {
   ch := make(chan int, 1)
   for i := 0; i < 10; i++ {
      select {
      case ch <- i:
         log.Default().Println("send")
      case x := <-ch:
         log.Default().Println("receive, x:", x)
      default:
         log.Default().Println("default")
      }

      // 會panic panic: send on closed channel
      //if i == 0 {
      // close(ch)
      //}
   }
}

無緩沖channel和有緩沖channel

make(chan 元素類型, [緩沖區(qū)容量])

創(chuàng)建channel時(shí):

• 未指定緩沖區(qū)容量或?yàn)?，則創(chuàng)建的是無緩沖channel
• 指定了緩沖區(qū)容量且大于0，則創(chuàng)建的是有緩沖channel

無緩沖channel

沒有緩沖區(qū)，channel中不能緩存數(shù)據(jù)。

• 發(fā)送操作一定會阻塞，直到有人接收
• 接收操作一定會阻塞，直到有人發(fā)送

有緩沖channel

有緩沖區(qū)，channel中可以緩存數(shù)據(jù)。

• 僅當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，發(fā)送操作才阻塞，直到有人接收
• 僅當(dāng)緩沖區(qū)空時(shí)，接收操作才阻塞，直到有人發(fā)送

len和cap方法

• len方法可以返回通道中元素的個數(shù)
• cap方法可以返回通道的緩沖區(qū)容量

對于「無緩沖channel」，len和cap都是0。

問題

channel有一個發(fā)送方，多個接收方怎么辦？

多個接收方共同消費(fèi)channel中的數(shù)據(jù)。

示例：

func main() {
   ch1 := make(chan int, 1)
   go consumer(ch1)
   go consumer2(ch1)
   go producer(ch1)
   for {

   }
}
func producer(ch chan<- int) {
   for i := 0; i < 10; i++ {
      <-time.After(time.Second)
      ch <- i
   }
   log.Default().Println("producer. close chan")
   // 發(fā)送通道可close
   close(ch)
   log.Default().Println("producer. end")
}

func consumer(ch <-chan int) {
   for i := range ch {
      log.Default().Println("consumer consume:", i)
   }
   log.Default().Println("consumer. chan closed")
}
func consumer2(ch <-chan int) {
   for i := range ch {
      log.Default().Println("consumer2 consume:", i)
   }
   log.Default().Println("consumer2. chan closed")
}

運(yùn)行結(jié)果：

2022/10/30 01:46:46 consumer consume: 0
2022/10/30 01:46:47 consumer2 consume: 1
2022/10/30 01:46:48 consumer consume: 2
2022/10/30 01:46:49 consumer2 consume: 3
2022/10/30 01:46:50 consumer consume: 4
2022/10/30 01:46:51 consumer2 consume: 5
2022/10/30 01:46:52 consumer consume: 6
2022/10/30 01:46:53 consumer2 consume: 7
2022/10/30 01:46:54 consumer consume: 8
2022/10/30 01:46:55 consumer2 consume: 9
2022/10/30 01:46:55 producer. close chan
2022/10/30 01:46:55 producer. end
2022/10/30 01:46:55 consumer. chan closed
2022/10/30 01:46:55 consumer2. chan closed

goroutine泄漏

goroutine泄漏是什么？

是指goroutine一直阻塞而無法被回收。

不正確的使用channel可能導(dǎo)致goroutine泄漏，如下：

func main() {
   ch := make(chan int)

   go test(ch)
   select {
   case <-ch:
      log.Default().Println("receive")
   case <-time.After(time.Second):
      log.Default().Println("time")
   }

   for {

   }
}

func test(ch chan int) {
   log.Default().Println("test run")
   <-time.After(3 * time.Second)
   ch <- 1
   log.Default().Println("test end")
}

運(yùn)行結(jié)果：

2022/10/30 01:55:17 test run
2022/10/30 01:55:18 time

發(fā)生了goroutine泄漏，test方法的goroutine一直阻塞了，因?yàn)閙ain gorutine無法接收通道

到此這篇關(guān)于golang中channel通道的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)golang channel通道內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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