深入理解 Golang Channel

   <p>channel 是 Go 语言中的一个非常重要的特性，这篇文章来深入了解一下 channel。</p>    <h3>1. CSP</h3>    <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4958973871328018838" rel="nofollow,noindex">Tony Hoare</a> 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。</p>    <h3>2. channel 基础知识</h3>    <p>2.1 创建 channel</p>    <p>channel 使用之前需要通过 make 创建。</p>    <pre>  <code class="language-go">unBufferChan := make(chan int)  // 1  bufferChan := make(chan int, N) // 2  </code></pre>    <p>上面的方式 1 创建的是无缓冲 channel，方式 2 创建的是缓冲 channel。如果使用 channel 之前没有 make，会出现 dead lock 错误。至于为什么是 dead lock，下文我们从源码里面看看。</p>    <pre>  <code class="language-go">func main() {      var x chan int      go func() {          x <- 1      }()      <-x  }  </code></pre>    <pre>  <code class="language-go">$ go run channel1.go  fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!    goroutine 1 [chan receive (nil chan)]:  main.main()      /Users/kltao/code/go/examples/channl/channel1.go:11 +0x60    goroutine 4 [chan send (nil chan)]:  main.main.func1(0x0)  </code></pre>    <p>2.2 channel 读写操作</p>    <pre>  <code class="language-go">ch := make(chan int, 10)    // 读操作  x <- ch    // 写操作  ch <- x  </code></pre>    <p>2.3 channel 种类</p>    <p>channel 分为无缓冲 channel 和有缓冲 channel。两者的区别如下：</p>    <ul>     <li> <p>无缓冲：发送和接收动作是同时发生的。如果没有 goroutine 读取 channel （<- channel），则发送者 (channel <-) 会一直阻塞。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c73d84fe592abd239bdda9c54f38e5ef.png"></p> </li>     <li> <p>缓冲：缓冲 channel 类似一个有容量的队列。当队列满的时候发送者会阻塞；当队列空的时候接收者会阻塞。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/9bdd2679819cf1d980382710139dab20.png"></p> </li>    </ul>    <p>2.4 关闭 channel</p>    <p>channel 可以通过 built-in 函数 close() 来关闭。</p>    <pre>  <code class="language-go">ch := make(chan int)    // 关闭  close(ch)  </code></pre>    <p>关于关闭 channel 有几点需要注意的是：</p>    <ul>     <li>重复关闭 channel 会导致 panic。</li>     <li>向关闭的 channel 发送数据会 panic。</li>     <li>从关闭的 channel 读数据不会 panic，但是读出的数据是 channel 类似的默认值，比如 chan int 类型的 channel 关闭之后读取到的值为 0。</li>    </ul>    <p>对于上面的第三点，我们需要区分一下：channel 中的值是默认值还是 channel 关闭了。可以使用 ok-idiom 方式，这种方式在 map 中比较常用。</p>    <pre>  <code class="language-go">ch := make(chan int, 10)  ...  close(ch)    // ok-idiom   val, ok := <-ch  if ok == false {      // channel closed  }  </code></pre>    <h3>3. channel 的典型用法</h3>    <p>1. goroutine 通信</p>    <pre>  <code class="language-go">func main() {      x := make(chan int)      go func() {          x <- 1      }()      <-x  }  </code></pre>    <p>2. select</p>    <p>select 一定程度上可以类比于 linux 中的 IO 多路复用中的 select。后者相当于提供了对多个 IO 事件的统一管理，而 Golang 中的 select 相当于提供了对多个 channel 的统一管理。当然这只是 select 在 channel 上的一种使用方法。</p>    <pre>  <code class="language-go">select {      case e, ok := <-ch1:          ...      case e, ok := <-ch2:          ...      default:    }  </code></pre>    <p>值得注意的是 select 中的 break 只能跳到 select 这一层。select 使用的时候一般配合 for 循环使用，像下面这样，因为正常 select 里面的流程也就执行一遍。这么来看 select 中的 break 就稍显鸡肋了。所以使用 break 的时候一般配置 label 使用，label 定义在 for 循环这一层。</p>    <pre>  <code class="language-go">for {      select {          ...      }  }  </code></pre>    <p>3. range channel</p>    <p>range channel 可以直接取到 channel 中的值。当我们使用 range 来操作 channel 的时候，一旦 channel 关闭，循环自动结束。</p>    <pre>  <code class="language-go">func consumer(ch chan int) {      for x := range ch {          fmt.Println(x)          ...      }  }    func producer(ch chan int) {    for _, v := range values {        ch <- v    }    }  </code></pre>    <p>4. 超时控制</p>    <p>在很多操作情况下都需要超时控制，利用 select 实现超时控制，下面是一个简单的示例。</p>    <pre>  <code class="language-go">select {    case <- ch:      // get data from ch    case <- time.After(2 * time.Second)      // read data from ch timeout  }  </code></pre>    <p>类似的，上面的 time.After 可以换成其他的任何异常控制流。</p>    <p>5. 生产者-消费者模型</p>    <p>利用缓冲 channel 可以很轻松的实现生产者-消费者模型。上面的 range 示例其实就是一个简单的生产者-消费者模型实现。</p>    <h3>4. 单向 channel</h3>    <p>单向 channel，顾名思义只能写或读的 channel。但是仔细一想，只能写的 channel，如果不读其中的值有什么用呢？其实单向 channel 主要用在函数声明中。比如。</p>    <pre>  <code class="language-go">func foo(ch chan<- int) <-chan int {...}  </code></pre>    <p>foo 的形参是一个只能写的 channel，那么就表示函数 foo 只会对 ch 进行写，当然你传入的参数可以是个普通 channel。foo 的返回值是一个只能读的 channel，那么表示 foo 的返回值规范用法就是只能读取。这种写法在 Golang 的原生代码库中有非常多的示例，感兴趣的可以去看一下。</p>    <pre>  <code class="language-go">// Done returns a channel which is closed if and when this pipe is closed  // with CloseWithError.  func (p *http2pipe) Done() <-chan struct{} {      p.mu.Lock()      defer p.mu.Unlock()      if p.donec == nil {          p.donec = make(chan struct{})          if p.err != nil || p.breakErr != nil {                p.closeDoneLocked()          }      }      return p.donec  }  </code></pre>    <p>也许你会说这么写在功能上和使用普通的 channel 并不会有什么差别。确实是这样的。但是使用单向 channel 编程体现了一种非常优秀的编程范式： <strong>convention over configuration</strong> ，中文一般叫做 <strong>约定优于配置</strong> 。这种编程范式在 Ruby 中体现的尤为明显。</p>    <h3>5. 总结</h3>    <p>Golang 的 channel 将 goroutine 隔离开，并发编程的时候可以将注意力放在 channel 上。在一定程度上，这个和消息队列的解耦功能还是挺像的。上面主要还是介绍了一些 channel 的常规操作，还有一些奇淫技巧放在参考资料里了。之后的一篇文章还是来看看 channel 的源码吧，对于更深入地理解 channel 还是挺有用的。</p>    <h3>6. 参考</h3>    <ol>     <li><a href="/misc/goto?guid=4959751123213679379" rel="nofollow,noindex">Go Concurrency Patterns: Pipelines and cancellation</a></li>     <li><a href="/misc/goto?guid=4959751123301598307" rel="nofollow,noindex">Go Concurrency Visualize</a></li>    </ol>    <p> </p>    <p>来自：http://legendtkl.com/2017/07/30/understanding-golang-channel/</p>    <p> </p>