Go基础——channel通道

CSP

要想理解 channel 要先知道 CSP 模型。CSP 是 Communicating Sequential Process 的简称,中文可以叫做通信顺序进程,是一种并发编程模型,由 Tony Hoare 于 1977 年提出。简单来说,CSP 模型由并发执行的实体(线程或者进程)所组成,实体之间通过发送消息进行通信,这里发送消息时使用的就是通道,或者叫 channel。CSP 模型的关键是关注 channel,而不关注发送消息的实体。Go 语言实现了 CSP 部分理论,goroutine 对应 CSP 中并发执行的实体,channel 也就对应着 CSP 中的 channel。

channel

channel是Go语言在语言级别提供的goroutine间的通信方式。我们可以使用channel在两个或多个goroutine之间传递消息。在声明一个通道变量的时候,必须确定通道类型的传递的元素类型,通过channel传递对象的过程和调用函数时的参数传递类型必须一致。
channel的声明形式为:

 var 变量名称 chan 通道元素类型  

与一般的变量声明不同的地方仅仅是在类型之前加了chan关键字,初始化一个channel也很简单,直接使用内置的函数make()即可:

    make(chan Type) //等价于make(chan Type, 0)
    make(chan Type, capacity)

make函数可接受两个参数。第一个参数是代表了将被初始化的值的类型的字面量(比如chan int),而第二个参数则是通道的容量,是可选参数,例如,若我们想要初始化一个长度为3且元素类型为int的通道值,则需要这样写:

make(chan int, 3)   

确切地说,通道值的长度应该被称为其缓存的尺寸。换句话说,它代表着通道值中可以暂存的数据的个数。因此通道容量不能是负数,一个通道类似于一个先进先出(FIFO)的队列,即:越早被放入(或称发送)到通道值的数据会越先被取出(或称接收)在channel的用法中。

chan数据发送与接收

chan数据发送与接收都是用到左尖括号与减号组合(<-),一个左尖括号紧接着一个减号的组合形似一个箭头,箭头的方向代表了元素值的传输方向。
** 发送数据<-**
向channel发送(写入)数据通常会导致程序阻塞,直到有其他goroutine从这个channel中读取数据。下面的程序会出现死锁:

func foo(in chan int) {
    fmt.Println(<-in)
}

func main() {
    out := make(chan int)
    out <- 1
    go foo(out)
}

读取数据

value := <- ch  
value, ok := <-ch    //功能同上,同时检查通道是否已关闭或者是否为空

因此需要特别注意的是:channel接收和发送数据都是阻塞的,当把数据发送到信道时,程序控制会在发送数据的语句处发生阻塞,直到有其它 Go 协程从信道读取到数据,才会解除阻塞。与此类似,当读取信道的数据时,如果没有其它的协程把数据写入到这个信道,那么读取过程就会一直阻塞着。

import "fmt"

func main() {
    c := make(chan int)
    go func(){
        defer fmt.Println("子协程结束")
        fmt.Println("子协程正在运行")
        c<-6
    }()
    num := <-c
    fmt.Println(num)
    fmt.Println("main协程结束")
}

for range 遍历信道

for range 循环用于在一个信道关闭之前,从信道接收数据。

func producer(chnl chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        chnl <- i
    }
    close(chnl)
}
func main() {
    ch := make(chan int)
    go producer(ch)
    for {
        v, ok := <-ch
        if ok == false {
            break
        }
        fmt.Println("Received ", v, ok)
    }
}

阻塞性质

Channel 的读取和写入操作在各自的协程内部都是阻塞的。意思就是,如果管道满了,一个对channel放入数据的操作就会阻塞,直到有某个routine从channel中取出数据,这个放入数据的操作才会执行。相反同理,如果管道是空的,一个从channel取出数据的操作就会阻塞,直到某个routine向这个channel中放入数据,这个取出数据的操作才会执行。

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    fmt.Println("发送数据1")
    ch <- 2
    fmt.Println("发送数据2")
    ch <- 3
    fmt.Println("发送数据3")
    ch <- 4 //这一行操作就会发生阻塞,因为前三行的放入数据的操作已经把channel填满了
    fmt.Println("发送数据4")
}

主routine要向channel中放入一个数据,但是因为channel没有缓冲,相当于channel一直都是满的,所以这里会发生阻塞,主routine在这里一阻塞,造成死锁!

func main() {
    ch := make(chan int)
    <-ch //这一行会发生阻塞,因为channel才刚创建,是空的,没有东西可以取出
}

从这里可以看出,对于无缓冲的channel,放入操作和取出操作不能再同一个routine中,而且应该是先确保有某个routine对它执行取出操作,然后才能在另一个routine中执行放入操作。

select

超时控制

time.After方法,它返回一个类型为<-chan Time的单向的channel,在指定的时间发送一个当前时间给返回的channel中。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    c := make(chan int)
    go func() {
        time.Sleep(2 * time.Second)
        c <- 1
    }()
    select {
    case res := <-c:
        fmt.Println("result", res)
    case <-time.After(1 * time.Second):
        fmt.Println("Timeout")
    }
}

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