一招教你无阻塞读写Golang channel

无论是无缓冲通道,还是有缓冲通道,都存在阻塞的情况,教你一招再也不遇到channel阻塞的问题。

这篇文章会介绍,哪些情况会存在阻塞,以及如何使用select解决阻塞。

阻塞场景

阻塞场景共4个,有缓存和无缓冲各2个。

无缓冲通道的特点是,发送的数据需要被读取后,发送才会完成,它阻塞场景:

  1. 通道中无数据,但执行读通道。
  2. 通道中无数据,向通道写数据,但无协程读取。
// 场景1
func ReadNoDataFromNoBufCh() {
    noBufCh := make(chan int)

    <-noBufCh
    fmt.Println("read from no buffer channel success")

    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

// 场景2
func WriteNoBufCh() {
    ch := make(chan int)

    ch <- 1
    fmt.Println("write success no block")
    
    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

注:示例代码中的Output注释代表函数的执行结果,每一个函数都由于阻塞在通道操作而无法继续向下执行,最后报了死锁错误。

有缓存通道的特点是,有缓存时可以向通道中写入数据后直接返回,缓存中有数据时可以从通道中读到数据直接返回,这时有缓存通道是不会阻塞的,它阻塞的场景是:

  1. 通道的缓存无数据,但执行读通道。
  2. 通道的缓存已经占满,向通道写数据,但无协程读。
// 场景1
func ReadNoDataFromBufCh() {
    bufCh := make(chan int, 1)

    <-bufCh
    fmt.Println("read from no buffer channel success")

    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

// 场景2
func WriteBufChButFull() {
    ch := make(chan int, 1)
    // make ch full
    ch <- 100

    ch <- 1
    fmt.Println("write success no block")
    
    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

使用Select实现无阻塞读写

select是执行选择操作的一个结构,它里面有一组case语句,它会执行其中无阻塞的那一个,如果都阻塞了,那就等待其中一个不阻塞,进而继续执行,它有一个default语句,该语句是永远不会阻塞的,我们可以借助它实现无阻塞的操作。

下面示例代码是使用select修改后的无缓冲通道和有缓冲通道的读写,以下函数可以直接通过main函数调用,其中的Ouput的注释是运行结果,从结果能看出,在通道不可读或者不可写的时候,不再阻塞等待,而是直接返回。

// 无缓冲通道读
func ReadNoDataFromNoBufChWithSelect() {
    bufCh := make(chan int)

    if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Printf("read: %d\n", v)
    }

    // Output:
    // channel has no data
}

// 有缓冲通道读
func ReadNoDataFromBufChWithSelect() {
    bufCh := make(chan int, 1)

    if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Printf("read: %d\n", v)
    }

    // Output:
    // channel has no data
}

// select结构实现通道读
func ReadWithSelect(ch chan int) (x int, err error) {
    select {
    case x = <-ch:
        return x, nil
    default:
        return 0, errors.New("channel has no data")
    }
}

// 无缓冲通道写
func WriteNoBufChWithSelect() {
    ch := make(chan int)
    if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Println("write success")
    }

    // Output:
    // channel blocked, can not write
}

// 有缓冲通道写
func WriteBufChButFullWithSelect() {
    ch := make(chan int, 1)
    // make ch full
    ch <- 100
    if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Println("write success")
    }

    // Output:
    // channel blocked, can not write
}

// select结构实现通道写
func WriteChWithSelect(ch chan int) error {
    select {
    case ch <- 1:
        return nil
    default:
        return errors.New("channel blocked, can not write")
    }
}

使用Select+超时改善无阻塞读写

使用default实现的无阻塞通道阻塞有一个缺陷:当通道不可读或写的时候,会即可返回。实际场景,更多的需求是,我们希望,尝试读一会数据,或者尝试写一会数据,如果实在没法读写,再返回,程序继续做其它的事情。

使用定时器替代default可以解决这个问题。比如,我给通道读写数据的容忍时间是500ms,如果依然无法读写,就即刻返回,修改一下会是这样:

func ReadWithSelect(ch chan int) (x int, err error) {
    timeout := time.NewTimer(time.Microsecond * 500)

    select {
    case x = <-ch:
        return x, nil
    case <-timeout.C:
        return 0, errors.New("read time out")
    }
}

func WriteChWithSelect(ch chan int) error {
    timeout := time.NewTimer(time.Microsecond * 500)

    select {
    case ch <- 1:
        return nil
    case <-timeout.C:
        return errors.New("write time out")
    }
}

结果就会变成超时返回:

read time out
write time out
read time out
write time out

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