Go基础系列：channel入门

channel基础

channel用于goroutines之间的通信，让它们之间可以进行数据交换。像管道一样，一个goroutine_A向channel_A中放数据，另一个goroutine_B从channel_A取数据。

channel是指针类型的数据类型，通过make来分配内存。例如：

1ch := make(chan int)
           

这表示创建一个channel，这个channel中只能保存int类型的数据。也就是说一端只能向此channel中放进int类型的值，另一端只能从此channel中读出int类型的值。

需要注意，

chan TYPE

才表示channel的类型。所以其作为参数或返回值时，需指定为

xxx chan int

类似的格式。

向ch这个channel放数据的操作形式为：

1ch <- VALUE
           

从ch这个channel读数据的操作形式为：

1<-ch // 从ch中读取一个值val = <-chval := <-ch // 从ch中读取一个值并保存到val变量中val,ok = <-ch // 从ch读取一个值，判断是否读取成功，如果成功则保存到val变量中
           

其实很简单，当ch出现在

<-

的左边表示send，当ch出现在

<-

的右边表示recv。

例如：

1package mainimport ( "fmt"
 2 "time")func main() {
 3 ch := make(chan string) go sender(ch) // sender goroutine
 4 go recver(ch) // recver goroutine
 5 time.Sleep(1e9)
 6}func sender(ch chan string) {
 7 ch <- "malongshuai"
 8 ch <- "gaoxiaofang"
 9 ch <- "wugui"
10 ch <- "tuner"}func recver(ch chan string) { var recv string
11 for {
12 recv = <-ch
13 fmt.Println(recv)
14 }
15}
           

输出结果：

1malongshuaigaoxiaofang
2wugui
3tuner
           

上面激活了一个goroutine用于执行sender()函数，该函数每次向channel ch中发送一个字符串。同时还激活了另一个goroutine用于执行recver()函数，该函数每次从channel ch中读取一个字符串。

注意上面的

recv = <-ch

，当channel中没有数据可读时，recver goroutine将会阻塞在此行。由于recver中读取channel的操作放在了无限for循环中，表示recver goroutine将一直阻塞，直到从channel ch中读取到数据，读取到数据后进入下一轮循环由被阻塞在

recv = <-ch

上。直到main中的time.Sleep()指定的时间到了，main程序终止，所有的goroutine将全部被强制终止。

因为receiver要不断从channel中读取可能存在的数据，所以receiver一般都使用一个无限循环来读取channel，避免sender发送的数据被丢弃。

channel的属性和分类

每个channel都有3种操作：send、receive和close

 ●  send：表示sender端的goroutine向channel中投放数据

 ●  receive：表示receiver端的goroutine从channel中读取数据

 ●  close：表示关闭channel

     ●  关闭channel后，send操作将导致painc

     ●  关闭channel后，recv操作将返回对应类型的0值以及一个状态码false

     ●  close并非强制需要使用close(ch)来关闭channel，在某些时候可以自动被关闭

     ●  如果使用close()，建议条件允许的情况下加上defer

     ●  只在sender端上显式使用close()关闭channel。因为关闭通道意味着没有数据再需要发送

例如，判断channel是否被关闭：

1val, ok := <-counterif ok {
2 fmt.Println(val)
3}
           

channel分为两种：unbuffered channel和buffered channel

 ●  unbuffered channel：阻塞、同步模式

 ●  sender端向channel中send一个数据，然后阻塞，直到receiver端将此数据receive

 ●  receiver端一直阻塞，直到sender端向channel发送了一个数据

 ●  buffered channel：非阻塞、异步模式

 ●  sender端可以向channel中send多个数据(只要channel容量未满)，容量满之前不会阻塞

 ●  receiver端按照队列的方式(FIFO,先进先出)从buffered channel中按序receive其中数据

buffered channel有两个属性：容量和长度：和slice的capacity和length的概念是一样的

 ●  capacity：表示bufffered channel最多可以缓冲多少个数据

 ●  length：表示buffered channel当前已缓冲多少个数据

 ●  创建buffered channel的方式为

make(chan TYPE,CAP)

unbuffered channel可以认为是容量为0的buffered channel，所以每发送一个数据就被阻塞。注意，不是容量为1的buffered channel，因为容量为1的channel，是在channel中已有一个数据，并发送第二个数据的时候才被阻塞。

换句话说，send被阻塞的时候，其实是没有发送成功的，只有被另一端读走一个数据之后才算是send成功。对于unbuffered channel来说，这是send/recv的同步模式。

实际上，当向一个channel进行send的时候，先关闭了channel，再读取channel时会发现错误在send，而不是recv。它会提示向已经关闭了的channel发送数据。

1func main() {
2 counter := make(chan int) go func() {
3 counter <- 32
4 }() close(counter)
5 fmt.Println(<-counter)
6}
           

输出报错：

1panic: send on closed channel
           

所以，在Go的内部行为中，send和recv是一个整体行为，数据未读就表示未send成功。

死锁(deadlock)

当channel的某一端(sender/receiver)期待另一端的(receiver/sender)操作，另一端正好在期待本端的操作时，也就是说两端都因为对方而使得自己当前处于阻塞状态，这时将会出现死锁问题。

比如，在main函数中，它有一个默认的goroutine，如果在此goroutine中创建一个unbuffered channel，并在main goroutine中向此channel中发送数据并直接receive数据，将会出现死锁：

1package main 
2
3import ( "fmt")func main (){
4 goo(32)
5}func goo(s int) {
6 counter := make(chan int)
7 counter <- s
8 fmt.Println(<-counter)
9}
           

在上面的示例中，向unbuffered channel中send数据的操作

counter <- s

是在main goroutine中进行的，从此channel中recv的操作

<-counter

也是在main goroutine中进行的。send的时候会直接阻塞main goroutine，使得recv操作无法被执行，go将探测到此问题，并报错：

1fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!goroutine 1 [chan send]:
           

要修复此问题，只需将send操作放在另一个goroutine中执行即可：

1package mainimport ( "fmt")func main() {
2 goo(32)
3}func goo(s int) {
4 counter := make(chan int) go func() {
5 counter <- s
6 }()
7 fmt.Println(<-counter)
8}
           

或者，将counter设置为一个容量为1的buffered channel：

1counter := make(chan int,1)
           

这样放完一个数据后send不会阻塞(被recv之前放第二个数据才会阻塞)，可以执行到recv操作。

unbuffered channel同步通信示例

下面通过sync.WaitGroup类型来等待程序的结束，分析多个goroutine之间通信时状态的转换。因为创建的channel是unbuffered类型的，所以send和recv都是阻塞的。

1package mainimport ( "fmt"
 2 "sync")// wg用于等待程序执行完成var wg sync.WaitGroupfunc main() {
 3 count := make(chan int) // 增加两个待等待的goroutines
 4 wg.Add(2)
 5 fmt.Println("Start Goroutines") // 激活一个goroutine，label："Goroutine-1"
 6 go printCounts("Goroutine-1", count) // 激活另一个goroutine，label："Goroutine-2"
 7 go printCounts("Goroutine-2", count)
 8
 9 fmt.Println("Communication of channel begins") // 向channel中发送初始数据
10 count <- 1
11
12 // 等待goroutines都执行完成
13 fmt.Println("Waiting To Finish")
14 wg.Wait()
15 fmt.Println("\nTerminating the Program")
16}func printCounts(label string, count chan int) { // goroutine执行完成时，wg的计数器减1
17 defer wg.Done() for { // 从channel中接收数据
18 // 如果无数据可recv，则goroutine阻塞在此
19 val, ok := <-count if !ok {
20 fmt.Println("Channel was closed:",label) return
21 }
22 fmt.Printf("Count: %d received from %s \n", val, label) if val == 10 {
23 fmt.Printf("Channel Closed from %s \n", label) // Close the channel
24 close(count) return
25 } // 输出接收到的数据后，加1，并重新将其send到channel中
26 val++
27 count <- val
28 }
29}
           

上面的程序中，激活了两个goroutine，激活这两个goroutine后，向channel中发送一个初始数据值1，然后main goroutine将因为wg.Wait()等待2个goroutine都执行完成而被阻塞。

再看这两个goroutine，这两个goroutine执行完全一样的函数代码，它们都接收count这个channel的数据，但可能是goroutine1先接收到channel中的初始值1，也可能是goroutine2先接收到初始值1。接收到数据后输出值，并在输出后对数据加1，然后将加1后的数据再次send到channel，每次send都会将自己这个goroutine阻塞(因为unbuffered channel)，此时另一个goroutine因为等待recv而执行。当加1后发送给channel的数据为10之后，某goroutine将关闭count channel，该goroutine将退出，wg的计数器减1，另一个goroutine因等待recv而阻塞的状态将因为channel的关闭而失败，ok状态码将让该goroutine退出，于是wg的计数器减为0，main goroutine因为wg.Wait()而继续执行后面的代码。

使用for range迭代channel

前面都是在for无限循环中读取channel中的数据，但也可以使用range来迭代channel，它会返回每次迭代过程中所读取的数据，直到channel被关闭。

例如，将上面示例中的printCounts()改为for-range的循环形式。

1func printCounts(label string, count chan int) { defer wg.Done() for val := range count {
2 fmt.Printf("Count: %d received from %s \n", val, label) if val == 10 {
3 fmt.Printf("Channel Closed from %s \n", label) close(count) return
4 }
5 val++
6 count <- val
7 }
8}
           

多个"管道"：输出作为输入

channel是goroutine与goroutine之间通信的基础，一边产生数据放进channel，另一边从channel读取放进来的数据。可以借此实现多个goroutine之间的数据交换，例如

goroutine_1->goroutine_2->goroutine_3

，就像bash的管道一样，上一个命令的输出可以不断传递给下一个命令的输入，只不过golang借助channel可以在多个goroutine(如函数的执行)之间传，而bash是在命令之间传。

以下是一个示例，第一个函数getRandNum()用于生成随机整数，并将生成的整数放进第一个channel ch1中，第二个函数addRandNum()用于接收ch1中的数据(来自第一个函数)，将其输出，然后对接收的值加1后放进第二个channel ch2中，第三个函数printRes接收ch2中的数据并将其输出。

如果将函数认为是Linux的命令，则类似于下面的命令行：ch1相当于第一个管道，ch2相当于第二个管道

1getRandNum | addRandNum | printRes
           

以下是代码部分：

1package mainimport ( "fmt"
 2 "math/rand"
 3 "sync")var wg sync.WaitGroupfunc main() {
 4 wg.Add(3) // 创建两个channel
 5 ch1 := make(chan int)
 6 ch2 := make(chan int) // 3个goroutine并行
 7 go getRandNum(ch1) go addRandNum(ch1, ch2) go printRes(ch2)
 8
 9 wg.Wait()
10}func getRandNum(out chan int) { // defer the wg.Done()
11 defer wg.Done() var random int
12 // 总共生成10个随机数
13 for i := 0; i < 10; i++ { // 生成[0,30)之间的随机整数并放进channel out
14 random = rand.Intn(30)
15 out <- random
16 } close(out)
17}func addRandNum(in,out chan int) { defer wg.Done() for v := range in { // 输出从第一个channel中读取到的数据
18 // 并将值+1后放进第二个channel中
19 fmt.Println("before +1:",v)
20 out <- (v + 1)
21 } close(out)
22}func printRes(in chan int){ defer wg.Done() for v := range in {
23 fmt.Println("after +1:",v)
24 }
25}           

指定channel的方向

上面通过两个channel将3个goroutine连接起来，其中起连接作用的是第二个函数addRandNum()。在这个函数中使用了两个channel作为参数：一个channel用于接收、一个channel用于发送。

其实channel类的参数变量可以指定数据流向： ●  

in <-chan int

：表示channel in通道只用于接收数据

out chan<- int

：表示channel out通道只用于发送数据

只用于接收数据的通道

<-chan

不可被关闭，因为关闭通道是针对发送数据而言的，表示无数据再需发送。对于recv来说，关闭通道是没有意义的。

所以，上面示例中三个函数可改写为：

1func getRandNum(out chan<- int) {
2 ...
3}func addRandNum(in <-chan int, out chan<- int) {
4 ...
5}func printRes(in <-chan int){
6 ...
7}
           

buffered channel异步队列请求示例

下面是使用buffered channel实现异步处理请求的示例。

在此示例中：

 ●  有(最多)3个worker，每个worker是一个goroutine，它们有worker ID。

 ●  每个worker都从一个buffered channel中取出待执行的任务，每个任务是一个struct结构，包含了任务id(JobID)，当前任务的队列号(ID)以及任务的状态(worker是否执行完成该任务)。

 ●  在main goroutine中将每个任务struct发送到buffered channel中，这个buffered channel的容量为10，也就是最多只允许10个任务进行排队。

 ●  worker每次取出任务后，输出任务号，然后执行任务(run)，最后输出任务id已完成。

 ●  每个worker执行任务的方式很简单：随机睡眠0-1秒钟，并将任务标记为完成。

1package mainimport ( "fmt"
 2 "math/rand"
 3 "sync"
 4 "time")type Task struct {
 5 ID int
 6 JobID int
 7 Status string
 8 CreateTime time.Time
 9}func (t *Task) run() {
10 sleep := rand.Intn(1000)
11 time.Sleep(time.Duration(sleep) * time.Millisecond)
12 t.Status = "Completed"}var wg sync.WaitGroup// worker的数量，即使用多少goroutine执行任务const workerNum = 3func main() {
13 wg.Add(workerNum) // 创建容量为10的buffered channel
14 taskQueue := make(chan *Task, 10) // 激活goroutine，执行任务
15 for workID := 0; workID <= workerNum; workID++ { go worker(taskQueue, workID)
16 } // 将待执行任务放进buffered channel，共15个任务
17 for i := 1; i <= 15; i++ {
18 taskQueue <- &Task{
19 ID: i,
20 JobID: 100 + i,
21 CreateTime: time.Now(),
22 }
23 } close(taskQueue)
24 wg.Wait()
25}// 从buffered channel中读取任务，并执行任务func worker(in <-chan *Task, workID int) { defer wg.Done() for v := range in {
26 fmt.Printf("Worker%d: recv a request: TaskID:%d, JobID:%d\n", workID, v.ID, v.JobID)
27 v.run()
28 fmt.Printf("Worker%d: Completed for TaskID:%d, JobID:%d\n", workID, v.ID, v.JobID)
29 }
30}           

select多路监听

很多时候想要同时操作多个channel，比如从ch1、ch2读数据。Go提供了一个select语句块，它像switch一样工作，里面放一些case语句块，用来轮询每个case语句块的send或recv情况。

select

用法格式示例：

1select { // ch1有数据时，读取到v1变量中
2 case v1 := <-ch1:
3 ... // ch2有数据时，读取到v2变量中
4 case v2 := <-ch2:
5 ... // 所有case都不满足条件时，执行default
6 default:
7 ...
8}
           

defalut语句是可选的，不允许fall through行为，但允许case语句块为空块。select会被return、break关键字中断。

select的行为模式主要是对channel是否可读进行轮询，但也可以用来向channel发送数据。它的行为如下：

 ●  如果所有的case语句块都被阻塞，则阻塞直到某个语句块可以被处理

 ●  如果多个case同时满足条件，则随机选择一个进行处理

 ●  如果存在default且其它case都不满足条件，则执行default。所以default必须要可执行而不能阻塞

需要注意的是，如果在select中执行send操作，则可能会永远被send阻塞。所以，在使用send的时候，应该也使用defalut语句块，保证send不会被阻塞。

一般来说，select会放在一个无限循环语句中，一直轮询channel的可读事件。

下面是一个示例，pump1()和pump2()都用于产生数据(一个产生偶数，一个产生奇数)，并将数据分别放进ch1和ch2两个通道，suck()则从ch1和ch2中读取数据。然后在无限循环中使用select轮询这两个通道是否可读，最后main goroutine在1秒后强制中断所有goroutine。

1package mainimport ( "fmt"
 2 "time")func main() {
 3 ch1 := make(chan int)
 4 ch2 := make(chan int) go pump1(ch1) go pump2(ch2) go suck(ch1, ch2)
 5 time.Sleep(1e9)
 6}func pump1(ch chan int) { for i := 0; i <= 30; i++ { if i%2 == 0 {
 7 ch <- i
 8 }
 9 }
10}func pump2(ch chan int) { for i := 0; i <= 30; i++ { if i%2 == 1 {
11 ch <- i
12 }
13 }
14}func suck(ch1 chan int, ch2 chan int) { for { select { case v := <-ch1:
15 fmt.Printf("Recv on ch1: %d\n", v) case v := <-ch2:
16 fmt.Printf("Recv on ch2: %d\n", v)
17 }
18 }
19}           

原文发布时间为：2018-11-20

本文作者：xxx

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