Go中的Channel——range和select

译自Channels in Go - range and select,该文章分为两部分,第一部分的翻译见Go中的Channel

数据接受者总是面临这样的问题:何时停止等待数据?还会有更多的数据么,还是所有内容都完成了?我应该继续等待还是该做别的了?

对于该问题,一个可选的方式是,持续的访问数据源并检查channel是否已经关闭,但是这并不是高效的解决方式。Go提供了range关键字,将其使用在channel上时,会自动等待channel的动作一直到channel被关闭

示例代码1
package main                                                                                             
import (
    "fmt"
    "time"
    "strconv"
)

func makeCakeAndSend(cs chan string, count int) {
    for i := 1; i <= count; i++ {
        cakeName := "Strawberry Cake " + strconv.Itoa(i)
        cs <- cakeName //send a strawberry cake
    }   
}

func receiveCakeAndPack(cs chan string) {
    for s := range cs {
        fmt.Println("Packing received cake: ", s)
    }
}

func main() {
    cs := make(chan string)
    go makeCakeAndSend(cs, 5)
    go receiveCakeAndPack(cs)

    //sleep for a while so that the program doesn’t exit immediately
    time.Sleep(3 * 1e9)
}
输出结果
Packing received cake: Strawberry Cake 1
Packing received cake: Strawberry Cake 2
Packing received cake: Strawberry Cake 3
Packing received cake: Strawberry Cake 4
Packing received cake: Strawberry Cake 5

我们告诉了蛋糕制作器我们需要5个蛋糕,但是蛋糕装箱器并不知道数目,而在之前版本的代码中,我们写死了具体的接收数目。上面的代码中,通过对channel使用range关键字,我们避免了给接收者写明要接收的数据个数这种不合理的需求——当channel被关闭时,接收者的for循环也被自动停止了

Channel and select

select关键字用于多个channel的结合,这些channel会通过类似于are-you-ready polling的机制来工作。select中会有case代码块,用于发送或接收数据——不论通过<-操作符指定的发送还是接收操作准备好时,channel也就准备好了。在select中也可以有一个default代码块,其一直是准备好的。那么,在select中,哪一个代码块被执行的算法大致如下:

  • 检查每个case代码块
  • 如果任意一个case代码块准备好发送或接收,执行对应内容
  • 如果多余一个case代码块准备好发送或接收,随机选取一个并执行对应内容
  • 如果任何一个case代码块都没有准备好,等待
  • 如果有default代码块,并且没有任何case代码块准备好,执行default代码块对应内容

在下面的程序中,我们扩展蛋糕制作工厂来模拟多于一种口味的蛋糕生产的情况——现在有草莓和巧克力两种口味!但是装箱机制还是同以前一样的。由于蛋糕来自不同的channel,而装箱器不知道确切的何时会有何种蛋糕放置到某个或多个channel上,这就可以用select语句来处理所有这些情况——一旦某一个channel准备好接收蛋糕/数据,select就会完成该对应的代码块内容

注意,我们这里使用的多个返回值case cakeName, strbry_ok := <-strbry_cs,第二个返回值是一个bool类型,当其为false时说明channel被关闭了。如果是true,说明有一个值被成功传递了。我们使用这个值来判断是否应该停止等待

示例代码2
package main

import (
    "fmt"
    "time"
    "strconv"
)

func makeCakeAndSend(cs chan string, flavor string, count int) {
    for i := 1; i <= count; i++ {
        cakeName := flavor + " Cake " + strconv.Itoa(i)
        cs <- cakeName //send a strawberry cake
    }   
    close(cs)
}

func receiveCakeAndPack(strbry_cs chan string, choco_cs chan string) {
    strbry_closed, choco_closed := false, false

    for {
        //if both channels are closed then we can stop
        if (strbry_closed && choco_closed) { return }
        fmt.Println("Waiting for a new cake ...")
        select {
        case cakeName, strbry_ok := <-strbry_cs:
            if (!strbry_ok) {
                strbry_closed = true
                fmt.Println(" ... Strawberry channel closed!")
            } else {
                fmt.Println("Received from Strawberry channel.  Now packing", cakeName)
            }   
        case cakeName, choco_ok := <-choco_cs:
            if (!choco_ok) {
                choco_closed = true
                fmt.Println(" ... Chocolate channel closed!")
            } else {
                fmt.Println("Received from Chocolate channel.  Now packing", cakeName)
            }   
        }   
    }   
}

func main() {
    strbry_cs := make(chan string)
    choco_cs := make(chan string)

    //two cake makers
    go makeCakeAndSend(choco_cs, "Chocolate", 3)  //make 3 chocolate cakes and send
    go makeCakeAndSend(strbry_cs, "Strawberry", 3)  //make 3 strawberry cakes and send

    //one cake receiver and packer
    go receiveCakeAndPack(strbry_cs, choco_cs)  //pack all cakes received on these cake channels

    //sleep for a while so that the program doesn’t exit immediately
    time.Sleep(2 * 1e9)
}
输出结果
Waiting for a new cake ... 
Received from Strawberry channel. Now packing Strawberry Cake 1 
Waiting for a new cake ... 
Received from Chocolate channel. Now packing Chocolate Cake 1 
Waiting for a new cake ... 
Received from Chocolate channel. Now packing Chocolate Cake 2 
Waiting for a new cake ... 
Received from Strawberry channel. Now packing Strawberry Cake 2 
Waiting for a new cake ... 
Received from Strawberry channel. Now packing Strawberry Cake 3 
Waiting for a new cake ... 
Received from Chocolate channel. Now packing Chocolate Cake 3 
Waiting for a new cake ... 
... Strawberry channel closed! 
Waiting for a new cake ... 
... Chocolate channel closed!

写在最后

实际上,有经验的Gopher一眼就能发现,示例代码1中的channel是没有正确关闭的,在for range语句的执行一直没有停止因为channel一直存在而没有被关闭,只不过随着time.Sleep()结束,main函数退出,所有的goroutine被关闭,该语句也被结束了而已

正确的解决步骤:
a)发送器一旦停止发送数据后立即关闭channel
b)接收器一旦停止接收内容,终止程序
c)移除time.Sleep语句

修改后代码:

package main

import (
    "fmt"
    "strconv"
)

func makeCakeAndSend(cs chan string, count int) {
    for i := 1; i <= count; i++ {
        cakeName := "Strawberry Cake " + strconv.Itoa(i)
        cs <- cakeName //send a strawberry cake
    }
    close(cs)
}

func receiveCakeAndPack(cs chan string) {
    for s := range cs {
        fmt.Println("Packing received cake: ", s)
    }
}

func main() {
    cs := make(chan string)
    go makeCakeAndSend(cs, 5)
    receiveCakeAndPack(cs)
}

这样才是对channel使用range进行处理的优雅方法

同样的,第二个例子中,time.Sleep()语句可以去除掉,我们只需要让receiveCakeAndPack函数执行完毕后退出程序即可

修改后代码:

package main

import (
    "fmt"
    "strconv"
)

func makeCakeAndSend(cs chan string, flavor string, count int) {
    for i := 1; i <= count; i++ {
        cakeName := flavor + " Cake " + strconv.Itoa(i)
        cs <- cakeName //send a strawberry cake
    }
    close(cs)
}

func receiveCakeAndPack(strbry_cs chan string, choco_cs chan string) {
    strbry_closed, choco_closed := false, false

    for {
        //if both channels are closed then we can stop
        if strbry_closed && choco_closed {
            return
        }
        fmt.Println("Waiting for a new cake ...")
        select {
        case cakeName, strbry_ok := <-strbry_cs:
            if !strbry_ok {
                strbry_closed = true
                fmt.Println(" ... Strawberry channel closed!")
            } else {
                fmt.Println("Received from Strawberry channel.  Now packing", cakeName)
            }
        case cakeName, choco_ok := <-choco_cs:
            if !choco_ok {
                choco_closed = true
                fmt.Println(" ... Chocolate channel closed!")
            } else {
                fmt.Println("Received from Chocolate channel.  Now packing", cakeName)
            }
        }
    }
}

func main() {
    strbry_cs := make(chan string)
    choco_cs := make(chan string)

    //two cake makers
    go makeCakeAndSend(choco_cs, "Chocolate", 3)   //make 3 chocolate cakes and send
    go makeCakeAndSend(strbry_cs, "Strawberry", 4) //make 3 strawberry cakes and send

    //one cake receiver and packer
    receiveCakeAndPack(strbry_cs, choco_cs) //pack all cakes received on these cake channels
}
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