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  • go 学习笔记---chan

    如果说 goroutine 是 Go语言程序的并发体的话,那么 channels 就是它们之间的通信机制。一个 channels 是一个通信机制,它可以让一个 goroutine 通过它给另一个 goroutine 发送值信息。每个 channel 都有一个特殊的类型,也就是 channels 可发送数据的类型。一个可以发送 int 类型数据的 channel 一般写为 chan int。

    Go语言提倡使用通信的方法代替共享内存,当一个资源需要在 goroutine 之间共享时,通道在 goroutine 之间架起了一个管道,并提供了确保同步交换数据的机制。声明通道时,需要指定将要被共享的数据的类型。可以通过通道共享内置类型、命名类型、结构类型和引用类型的值或者指针。

    这里通信的方法就是使用通道(channel),如下图所示。

    通道的特性

    Go语言中的通道(channel)是一种特殊的类型。在任何时候,同时只能有一个 goroutine 访问通道进行发送和获取数据。goroutine 间通过通道就可以通信。

    通道像一个传送带或者队列,总是遵循先入先出(First In First Out)的规则,保证收发数据的顺序。

    声明通道类型

    通道本身需要一个类型进行修饰,就像切片类型需要标识元素类型。通道的元素类型就是在其内部传输的数据类型,声明如下:

    var 通道变量 chan 通道类型

    • 通道类型:通道内的数据类型。
    • 通道变量:保存通道的变量。


    chan 类型的空值是 nil,声明后需要配合 make 后才能使用。

    创建通道

    通道是引用类型,需要使用 make 进行创建,格式如下:

    通道实例 := make(chan 数据类型)

    • 数据类型:通道内传输的元素类型。
    • 通道实例:通过make创建的通道句柄。


    请看下面的例子:

    ch1 := make(chan int) // 创建一个整型类型的通道
    ch2 := make(chan interface{}) // 创建一个空接口类型的通道, 可以存放任意格式
    type Equip struct{ /* 一些字段 */ }
    ch2 := make(chan *Equip) // 创建Equip指针类型的通道, 可以存放*Equip
    

     

    使用通道发送数据

    通道创建后,就可以使用通道进行发送和接收操作。

    1) 通道发送数据的格式

    通道的发送使用特殊的操作符<-,将数据通过通道发送的格式为:

    通道变量 <- 值
    • 通道变量:通过make创建好的通道实例。
    • 值:可以是变量、常量、表达式或者函数返回值等。值的类型必须与ch通道的元素类型一致。

    2) 通过通道发送数据的例子

    使用 make 创建一个通道后,就可以使用<-向通道发送数据,代码如下:

    // 创建一个空接口通道
    ch := make(chan interface{})
    // 将0放入通道中
    ch <- 0
    // 将hello字符串放入通道中
    ch <- "hello"
    

    3) 发送将持续阻塞直到数据被接收

    把数据往通道中发送时,如果接收方一直都没有接收,那么发送操作将持续阻塞。Go 程序运行时能智能地发现一些永远无法发送成功的语句并做出提示,代码如下: 

     

    package main
    func main() {
        // 创建一个整型通道
        ch := make(chan int)
        // 尝试将0通过通道发送
        ch <- 0
    }
    

      运行结果:

    fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
    
    goroutine 1 [chan send]:
    main.main()
    	D:/example.v2/src/study/main.go:7 +0x57
    Error: process exited with code 2.
    

     报错的意思是:运行时发现所有的 goroutine(包括main)都处于等待 goroutine。也就是说所有 goroutine 中的 channel 并没有形成发送和接收对应的代码。

    使用通道接收数据

    通道接收同样使用<-操作符,通道接收有如下特性:
    ① 通道的收发操作在不同的两个 goroutine 间进行。

    由于通道的数据在没有接收方处理时,数据发送方会持续阻塞,因此通道的接收必定在另外一个 goroutine 中进行。

    ② 接收将持续阻塞直到发送方发送数据。

    如果接收方接收时,通道中没有发送方发送数据,接收方也会发生阻塞,直到发送方发送数据为止。

    ③ 每次接收一个元素。
    通道一次只能接收一个数据元素。

    通道的数据接收一共有以下 4 种写法。

    1) 阻塞接收数据

    阻塞模式接收数据时,将接收变量作为<-操作符的左值,格式如下:

    data := <-ch
    

     

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    )
    
    func main() {
    	// 构建一个通道
    	ch := make(chan int)
    	// 开启一个并发匿名函数
    	go func() {
    		fmt.Println("start goroutine")
    		// 通过通道通知main的goroutine
    		ch <- 0
    		fmt.Println("exit goroutine")
    	}()
    	fmt.Println("wait goroutine")
    	// 等待匿名goroutine
    
    	data := <-ch
    	//<-ch
    	fmt.Println(data)
    }
      
    

      

     

    执行该语句时将会阻塞,直到接收到数据并赋值给 data 变量。

    2) 非阻塞接收数据

    使用非阻塞方式从通道接收数据时,语句不会发生阻塞,格式如下:

    data, ok := <-ch

    • data:表示接收到的数据。未接收到数据时,data 为通道类型的零值。
    • ok:表示是否接收到数据。
    package main
    
    import (
    	"fmt"
    )
    
    func main() {
    	// 构建一个通道
    	ch := make(chan int)
    	// 开启一个并发匿名函数
    	go func() {
    		fmt.Println("start goroutine")
    		// 通过通道通知main的goroutine
    		ch <- 0
    		fmt.Println("exit goroutine")
    	}()
    	fmt.Println("wait goroutine")
    	// 等待匿名goroutine
    	data, ok := <-ch
    	if !ok {
    		fmt.Println("no data")
    	} else {
    		fmt.Println(data)
    	}
    	//data := <-ch
    	//<-ch
    
    }
    

      

    非阻塞的通道接收方法可能造成高的 CPU 占用,因此使用非常少。如果需要实现接收超时检测,可以配合 select 和计时器 channel 进行,可以参见后面的内容。

    3) 接收任意数据,忽略接收的数据

    阻塞接收数据后,忽略从通道返回的数据,格式如下:

    <-ch
    

    执行该语句时将会发生阻塞,直到接收到数据,但接收到的数据会被忽略。这个方式实际上只是通过通道在 goroutine 间阻塞收发实现并发同步。

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    )
    
    func main() {
    	// 构建一个通道
    	ch := make(chan int)
    	// 开启一个并发匿名函数
    	go func() {
    		fmt.Println("start goroutine")
    		// 通过通道通知main的goroutine
    		ch <- 0
    		fmt.Println("exit goroutine")
    	}()
    	fmt.Println("wait goroutine")
    	// 等待匿名goroutine
    	<-ch
    	fmt.Println("all done")
    }
    

    4) 循环接收

    通道的数据接收可以借用 for range 语句进行多个元素的接收操作,格式如下:

    for data := range ch {
    }
    

      

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    	"time"
    )
    
    func main() {
    	// 构建一个通道
    	ch := make(chan int)
    	// 开启一个并发匿名函数
    	go func() {
    		// 从3循环到0
    		for i := 3; i >= 0; i-- {
    			// 发送3到0之间的数值
    			ch <- i
    			// 每次发送完时等待
    			time.Sleep(time.Second)
    		}
    	}()
    	// 遍历接收通道数据
    	for data := range ch {
    		// 打印通道数据
    		fmt.Println(data)
    		// 当遇到数据0时, 退出接收循环
    		if data == 0 {
    			break
    		}
    	}
    }
    

      代码说明如下:

    通过 make 生成一个整型元素的通道。

    将匿名函数并发执行。

    用循环生成 3 到 0 之间的数值。

    将 3 到 0 之间的数值依次发送到通道 ch 中。

    每次发送后暂停 1 秒。

    使用 for 从通道中接收数据。

    将接收到的数据打印出来。

    当接收到数值 0 时,停止接收。如果继续发送,由于接收 goroutine 已经退出,没有 goroutine 发送到通道,因此运行时将会触发宕机报错。

    关闭 chan

    close(chan)
    

      

    注意:

    • close 以后不能再写入,写入会出现 panic
    • 重复 close 会出现 panic
    • 只读的 chan 不能 close
    • close 以后还可以读取数据
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