[golang note] 协程通信

channel基本语法

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• channel介绍

       √ golang社区口号：不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存。

       √ golang提供一种基于消息机制而非共享内存的通信模型。消息机制认为每个并发单元都是自包含的独立个体，并且拥有自己的变量，但在不同并发单元间这些变量不共享。每个并发单元的输入和输出只有一种，那就是消息。

       √ channel是golang在语言级提供的goroutine间的通信方式，可以使用channel在两个或多个goroutine之间传递消息。

       √ channel是进程内的通信方式，如果需要跨进程通信，建议使用分布式的方法来解决，比如使用Socket或HTTP等通信协议。

       √ channel是类型相关的，即一个channel只能传递一种类型的值，需要在声明channel时指定。可以认为channel是一种类型安全的管道。

• channel声明语法

▶  语法如下

var chanName chan ElementType

▶  示例如下

var ch chan int            // int类型channel
var m map[string]chan bool // bool类型channel的map

• channel定义语法

▶  语法如下

       √ 定义一个channel直接使用内置的函数make()即可。

// 声明一个channel
var chanName chan ElementType

// 定义一个无缓冲的channel
chanName := make(chan ElementType)

// 定义一个带缓冲的channel
chanName := make(chan ElementType, n)

• channel关闭语法

       √ 关闭一个channel直接使用内置的函数close()即可。

       √ 应该在生产者处关闭channel，而不是消费者处关闭channel，否则容易引起panic。

// 声明一个channel
var chanName chan ElementType

// 定义一个无缓冲的channel
chanName := make(chan ElementType)

// 定义一个带缓冲的channel
chanName := make(chan ElementType, n)

// 关闭一个channel
close(chanName)

• channel读写语法

       √ 向无缓冲的channel写入数据会导致该goroutine阻塞，直到其他goroutine从这个channel中读取数据。

       √ 向带缓冲的且缓冲已满的channel写入数据会导致该goroutine阻塞，直到其他goroutine从这个channel中读取数据。

       √ 向带缓冲的且缓冲未满的channel写入数据不会导致该goroutine阻塞。

       √ 从无缓冲的channel读出数据，如果channel中无数据，会导致该goroutine阻塞，直到其他goroutine向这个channel中写入数据。

       √ 从带缓冲的channel读出数据，如果channel中无数据，会导致该goroutine阻塞，直到其他goroutine向这个channel中写入数据。

       √ 从带缓冲的channel读出数据，如果channel中有数据，该goroutine不会阻塞。

       √ 总结：无缓冲的channel读写通常都会发生阻塞，带缓冲的channel在channel满时写数据阻塞，在channel空时读数据阻塞。

// 声明一个channel
var chanName chan ElementType

// 定义一个无缓冲的channel
chanName := make(chan ElementType)

// 定义一个带缓冲的channel
chanName := make(chan ElementType, n)

// 写channel
chanName <- value

// 读channel
value := <-chanName 

▶  range操作

       √ golang中的range常常和channel一起使用，用来从channel中读取所有值。

       √ range操作能够不断读取channel里面的数据，直到该channel被显式的关闭。

▪ 语法如下

for value := range chanName {
    // ...
}

▪ 示例如下

package main

import "fmt"

func generateString(strings chan string) {
    strings <- "Monday"
    strings <- "Tuesday"
    strings <- "Wednesday"
    strings <- "Thursday"
    strings <- "Friday"
    strings <- "Saturday"
    strings <- "Sunday"
    close(strings)
}

func main() {
    strings := make(chan string) // 无缓冲channel
    go generateString(strings)

    for s := range strings {
        fmt.Println(s)
    }
}

▶  select操作

       √ golang中的select关键字用于处理异步IO，可以与channel配合使用。

       √ golang中的select的用法与switch语言非常类似，不同的是select每个case语句里必须是一个IO操作。

       √ select会一直等待等到某个case语句完成才结束。

▪ 语法如下

select {
case <-chan1:
    // 如果chan1成功读到数据，则进行该case处理语句
case chan2 <- 1:
    // 如果成功向chan2写入数据，则进行该case处理语句
default:
    // 如果上面都没有成功，则进入default处理流程
}

▪ 示例如下

package main

import "fmt"
import "time"

func main() {
    timeout := make(chan bool)

    go func() {
        time.Sleep(3 * time.Second) // sleep 3 seconds
        timeout <- true
    }()

    // 实现了对ch读取操作的超时设置。
    ch := make(chan int)
    select {
    case <-ch:
    case <-timeout:
        fmt.Println("timeout!")
    }
}

▶  判断channel关闭

       √ 在读取的时候使用多重返回值来判断一个channel是否已经被关闭。

▪ 语法如下

value, ok := <-chanName

if ok {
    // channel未关闭
} else {
    // channel已关闭
}

▪ 示例如下

package main

import "fmt"

func generateString(strings chan string) {
    strings <- "Monday"
    strings <- "Tuesday"
    strings <- "Wednesday"
    strings <- "Thursday"
    strings <- "Friday"
    strings <- "Saturday"
    strings <- "Sunday"
    close(strings)
}

func main() {
    strings := make(chan string) // 无缓冲channel
    go generateString(strings)

    for {
        if s, ok := <-strings; ok {
            fmt.Println(s)
        } else {
            fmt.Println("channel colsed.")
            break
        }
    }
}

• 单向channel语法

▶  使用意义

       √ golang中假如一个channel只允许读，那么channel肯定只会是空的，因为没机会往里面写数据。

       √ golang中假如一个channel只允许写，那么channel最后只会是满的，因为没机会从里面读数据。

       √ 单向channel概念，其实只是对channel的一种使用限制，即在将一个channel变量传递到一个函数时，可以通过将其指定为单向channel变量，从而限制该函数中可以对此channel的操作，达到权限控制作用。

▶  声明语法

var ch1 chan elementType   // ch1是一个正常的channel
var ch2 chan<- elementType // ch2是单向channel，只用于写数据
var ch3 <-chan elementType // ch3是单向channel，只用于读数据

▶  类型转换

ch1 := make(chan elementType)
ch2 := <-chan elementType(ch1) // ch2是一个单向的读取channel
ch3 := chan<- elementType(ch1) // ch3是一个单向的写入channel

▶  示例如下

package main

import "fmt"

func Parse(ch <-chan int) {
    for value := range ch {
        fmt.Println("Parsing value", value)
    }
}

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

    go func() {
        ch <- 1
        ch <- 2
        ch <- 3
        close(ch)
    }()

    Parse(ch)
}

channel实际运用

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• 主函数等待所有goroutine完成后返回

▶  使用意义

       我们已经知道golang程序从main()函数开始执行，当main()函数返回时，程序结束且不等待其他goroutine结束。如果main函数使用time.Sleep方式阻塞等待所有goroutine返回，那么这个休眠时间势必无法控制精确。通过使用channel可以很好解决这个问题。

▶  使用示例

package main

import "fmt"

func MyRoutineFunc(ch chan int) {
    // 函数处理
    ch <- 1

    fmt.Println("MyRoutineFunc process finished.")
}

func main() {
    chs := make([]chan int, 10)

    for i := 0; i < 10; i++ {
        chs[i] = make(chan int)
        go MyRoutineFunc(chs[i])
    }

    for _, ch := range chs {
        <-ch
    }

    fmt.Println("All goroutine finished.")
}

• 实现IO超时机制

▶  使用意义

       golang没有提供直接的超时处理机制，但我们可以利用select和channel结合来实现超时机制。

▶  使用示例

package main

import "fmt"
import "time"

func main() {
    // 实现并执行一个匿名的超时等待函数
    timeout := make(chan bool, 1)
    go func() {
        time.Sleep(3 * time.Second) // 等待3秒钟
        timeout <- true
    }()

    // 然后结合使用select实现超时机制
    ch := make(chan int)
    select {
    case <-ch:
        // 从ch中读取到数据
    case <-timeout:
        // 一直没有从ch中读取到数据，但从timeout中读取到了数据
        fmt.Println("timeout!")
    }
}