Go 通道 Chan 详解

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首先我们来看线程,在golang里面也叫goroutine

Go 语言 select 语句

select是Go中的一个控制结构,类似于用于通信的switch语句。每个case必须是一个通信操作,要么是发送要么是接收。

select随机执行一个可运行的case。如果没有case可运行,它将阻塞,直到有case可运行。一个默认的子句应该总是可运行的。

语法

Go 编程语言中 select 语句的语法如下:

select {
    case communication clause  :
       statement(s);      
    case communication clause  :
       statement(s); 
    /* 你可以定义任意数量的 case */
    default : /* 可选 */
       statement(s);
}

以下描述了 select 语句的语法:

  • 每个case都必须是一个通信
  • 所有channel表达式都会被求值
  • 所有被发送的表达式都会被求值
  • 如果任意某个通信可以进行,它就执行;其他被忽略。
  • 如果有多个case都可以运行,Select会随机公平地选出一个执行。其他不会执行。 
    否则:
    1. 如果有default子句,则执行该语句。
    2. 如果没有default字句,select将阻塞,直到某个通信可以运行;Go不会重新对channel或值进行求值。

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  1. package main  
  2.   
  3. import (  
  4.     “fmt”  
  5. )  
  6.   
  7. func main() {  
  8.     var chan_test chan interface{}    //双项通道  
  9.     var read_test <-chan interface{}  //单项通道 只支持 读  
  10.     var write_test chan<- interface{} //单项通道 只支持 写  
  11.     read_test <- “xiao”               //会报错。因为这个通道 只是单项通道只支持读 不支持写  
  12.     <-write_test                      //会报错。因为这个通道 只是单项通道只支持写 不支持读  
  13.     fmt.Println(chan_test)  
  14.     fmt.Println(read_test)  
  15.     fmt.Println(write_test)  

我们需要了解一下并发与并行。golang的线程是一种并发机制,而不是并行。它们之间的区别大家可以上网搜一下,网上有很多的介绍。

下面我们先来看一个例子吧

import(
         "fmt"
)

funcmain(){

    go fmt.Println("1")
    fmt.Println("2")    
}

在golang里面,使用go这个关键字,后面再跟上一个函数就可以创建一个线程。后面的这个函数可以是已经写好的函数,也可以是一个匿名函数

funcmain(){

    var i=3

    go func(a int) {
        fmt.Println(a)
        fmt.Println("1")
    }(i)
    fmt.Println("2")

}

上面的代码就创建了一个匿名函数,并且还传入了一个参数i,下面括号里的i是实参,a是形参。

那么上面的代码能按照我们预想的打印1、2、3吗?告诉你们吧,不能,程序只能打印出2。下面我把正确的代码贴出来吧

import(

    "fmt"
    "time"    
)
funcmain(){

    var i = 3
    go func(a int) {
        fmt.Println(a)
        fmt.Println("1")
    }(i)
    fmt.Println("2")
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

我只是在最后加了一行让主线程休眠一秒的代码,程序就会依

次打印出2、3、1。 
那为什么会这样呢?因为程序会优先执行主线程,主线程执行完成后,程序会立即退出,没有多余的时间去执行子线程。如果在程序的最后让主线程休眠1秒钟,那程序就会有足够的时间去执行子线程。

线程先讲到这里,下面我们来看看通道吧。

通道又叫channel,顾名思义,channel的作用就是在多线程之间传递数据的。

创建无缓冲channel

chreadandwrite :=make(chan int)

chonlyread := make(<-chan int) //创建只读channel 
chonlywrite := make(chan<- int) //创建只写channel 
下面我们来看一个例子:

    ch :=make(chan int)     
    ch <- 1
      go func() {
        <-ch
        fmt.Println("1")
      }()
      fmt.Println("2")  

这段代码执行时会出现一个错误:fatal error: all goroutines are asleep – deadlock!

这个错误的意思是说线程陷入了死锁,程序无法继续往下执行。那么造成这种错误的原因是什么呢?

我们创建了一个无缓冲的channel,然后给这个channel赋值了,程序就是在赋值完成后陷入了死锁。因为我们的channel是无缓冲的,即同步的,赋值完成后来不及读取channel,程序就已经阻塞了。这里介绍一个非常重要的概念:channel的机制是先进先出,如果你给channel赋值了,那么必须要读取它的值,不然就会造成阻塞,当然这个只对无缓冲的channel有效。对于有缓冲的channel,发送方会一直阻塞直到数据被拷贝到缓冲区;如果缓冲区已满,则发送方只能在接收方取走数据后才能从阻塞状态恢复。

对于上面的例子有两种解决方案:

1、给channel增加缓冲区,然后在程序的最后让主线程休眠一秒,代码如下:

    ch :=make(chan int,1)
    ch <- 1
    go func() {
        v := <-ch
        fmt.Println(v)
    }()
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("2")

这样的话程序就会依次打印出1、2

2、把ch<-1这一行代码放到子线程代码的后面,代码如下:

    ch :=make(chan int)

    go func() {
        v := <-ch
        fmt.Println(v)
    }()
    ch <- 1
    fmt.Println("2")

这里就不用让主线程休眠了,因为channel在主线程中被赋值后,主线程就会阻塞,直到channel的值在子线程中被取出。

最后我们看一个生产者和消费者的例子:

import (

    "fmt"
    "time"
)
func produce(p chan<- int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p <- i
        fmt.Println("send:", i)
    }
}
func consumer(c <-chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        v := <-c
        fmt.Println("receive:", v)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int)
    go produce(ch)
    go consumer(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这段代码中,因为channel是没有缓冲的,所以当生产者给channel赋值后,生产者这个线程会阻塞,直到消费者线程将channel中的数据取出。消费者第一次将数据取出后,进行下一次循环时,消费者的线程也会阻塞,因为生产者还没有将数据存入,这时程序会去执行生产者的线程。程序就这样在消费者和生产者两个线程间不断切换,直到循环结束。

下面我们再看一个带缓冲的例子:

import (

    "fmt"
    "time"
)
func produce(p chan<- int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p <- i
        fmt.Println("send:", i)
    }
}
func consumer(c <-chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        v := <-c
        fmt.Println("receive:", v)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int, 10)
    go produce(ch)
    go consumer(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这个程序中,缓冲区可以存储10个int类型的整数,在执行生产者线程的时候,线程就不会阻塞,一次性将10个整数存入channel,在读取的时候,也是一次性读取。

channels 是 goroutines之间通信的工具, 可以理解为管道, 虽然go也提供共享变量的方式, 但是更加推荐使用channel

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  1. func TestChan(t *testing.T) {  
  2.     c := make(chan int)  
  3.   
  4.     go func() {  
  5.         c <- 48  
  6.     }()  
  7.   
  8.     fmt.Println(<- c)  
  9.     // 保持持续运行  
  10.     holdRun()  
  11. }  
  12.   
  13. func holdRun() {  
  14.     time.Sleep(1 * time.Hour)  
  15. }  



c := make(chan int)    声明一个  传输整形 的unbuffer  chan,(接收消息和发送消息者将会阻塞,直到channel ”可用“)

<-  操作符用来接受和发送消息   chan <- 48    发送“48“ 进入管道,   <-chan   接收消息

如果: c: = make(chan int, 10)   声明一个  传输整形 的buffer  chan, 容量为10, 接收消息将可以立即返回除非channel里面没有消息, 发送者返回除非容量满

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  1. func TestDeadLock(t *testing.T) {  
  2.     c := make(chan int)  
  3.     c <- 42  
  4.     val := <-c  
  5.     fmt.Println(val)  
  6. }  
  7.   
  8. func TestDeadLock1(t *testing.T) {  
  9.     c := make(chan int)  
  10.     //c := make(chan int, 0)  
  11.   
  12.     go func() {  
  13.         c <- 48  
  14.     }()  
  15.   
  16.     val := <-c  
  17.     fmt.Println(val)  
  18.   
  19. }  
  20.   
  21. func TestDeadLock2(t *testing.T) {  
  22.     c := make(chan int, 1)  
  23.     c <- 42  
  24.     val := <-c  
  25.     fmt.Println(val)  
  26. }  

对于方法, TestDeadLock  将:
fatal error: all goroutines are asleep – deadlock!
 因为c <- 42 将会一直阻塞,直到出现消费者, 无容量的chan是同步, 正确的写法是 TestDeadLock1 这样不会死锁, 或者  TestDeadLock2 也不会死锁

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  1. func TestChan(t *testing.T) {  
  2.     c := make(chan int,  10)  
  3.   
  4.     go func() {  
  5.         c <- 48  
  6.         c <- 96  
  7.         time.Sleep(2 * time.Second)  
  8.         c <- 200  
  9.     }()  
  10.   
  11.     time.Sleep(1 * time.Second)  
  12.     for v := range c {  
  13.         fmt.Println(v)  
  14.     }  
  15.   
  16.     // 保持持续运行  
  17.     holdRun()  
  18. }  

chan  可以配合 range 使用, 相当于每次foreach 每次去取一次

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  1. func TestDChan(t *testing.T) {  
  2.     c := make(chan int)  
  3.     go f1(c)  
  4.   
  5.     holdRun()  
  6. }  
  7.   
  8. func f1(c chan <- int) {  
  9.     c <- 0  
  10.     <- c   
  11. }  

f1的参数类型是  chan <- int   表明 这个chan单向的, 只能用来接收。 f1函数编译错误:
invalid operation: <-c (receive from send-only type chan<- int)

相对应的发送的chan  : c <-chan string

select 关键字可以和  chan使用, 类似与switch

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  1. func TestSelect(t *testing.T) {  
  2.     c1 := make(chan int)  
  3.     c2 := make(chan int, 10)  
  4.     c3 := make(chan int, 20)  
  5.   
  6.     go func(c1, c2, c3 chan<- int) {  
  7.         for {  
  8.   
  9.             time.Sleep(1 * time.Second)  
  10.             c1 <- 1  
  11.             time.Sleep(3 * time.Second)             
  12.             c2 <- 2  
  13.             time.Sleep(1 * time.Second)  
  14.             c3 <- 3  
  15.         }  
  16.   
  17.     }(c1, c2, c3)  
  18.   
  19.     for {  
  20.         select {  
  21.         case int1 := <-c1:  
  22.             fmt.Println(“c1 value :”, int1)  
  23.         case int2 := <-c2:  
  24.             fmt.Println(“c2 value :”, int2)  
  25.         case int3 := <-c3:  
  26.             fmt.Println(“c3 vaule :”, int3)  
  27.         case <-time.After(2 * time.Second):  
  28.             fmt.Println(“timeount”)  
  29.         }  
  30.   
  31.     }  
  32. }  

select 将阻塞直到有一个chan ready或者 超时,即 time.After

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  1. select {  
  2.         case int1 := <-c1:  
  3.             fmt.Println(“c1 value :”, int1)  
  4.         case int2 := <-c2:  
  5.             fmt.Println(“c2 value :”, int2)  
  6.         case int3 := <-c3:  
  7.             fmt.Println(“c3 vaule :”, int3)  
  8.         default:  
  9.             fmt.Println(“nothing ready”)  
  10.         }  



select 将不会阻塞, 直接执行 default

1、通道关闭时间: 
一般紧跟在往通道输入最后一个数据之后。

    jobs := make(chan int, 5)
    for i := 1; i < 4; i++ {
        jobs <- i
        fmt.Println("sent job", i)
        //      if i == 3 {
        //          close(jobs)
        //      }
    }
    close(jobs)
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9

2、读取关闭的无缓存通道: 
读取关闭后的无缓存通道,不管通道中是否有数据,返回值都为0和false。

    done := make(chan int)
    go func() {
        done <- 1
    }()
    close(done)
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        t, ok := <-done
        fmt.Println(i, ":", t, ok)
    }
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9

运行结果: 
1:0 false 
2:0 false 
3:0 false

3、读取关闭的有缓存通道: 
读取关闭后的有缓存通道,将缓存数据读取完后,再读取返回值为0和false。

    done := make(chan int 1)
    go func() {
        done <- 1
    }()
    close(done)
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        t, ok := <-done
        fmt.Println(i, ":", t, ok)
    }
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9

运行结果: 
1:1 true 
2:0 false 
3:0 false

4、range遍历通道: 
通道写完后,必须关闭通道,否则range遍历会出现死锁。

附 :

    time.Afer 实现:

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  1. func After(d Duration) <-chan Time {  
  2.     return NewTimer(d).C  
  3. }  

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  1. func NewTimer(d Duration) *Timer {  
  2.     c := make(chan Time, 1)  
  3.     t := &Timer{  
  4.         C: c,  
  5.         r: runtimeTimer{  
  6.             when: when(d),  
  7.             f:    sendTime,  
  8.             arg:  c,  
  9.         },  
  10.     }  
  11.     startTimer(&t.r)  
  12.     return t  
  13. }  


NewTimer 返回一个 timer (timer是一个一次性时间,d 时间后 发送当前时间给  C) , 由于C在此之前会一直阻塞。从而达到超时的效果


1.广播

当一个通道关闭时, 所有此通道的读取都会退出阻塞. 利用此特性可以实现广播功能

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

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

    for i := 0; i < 5; i++ {
        go func(n int) {
            <-c //读取到数据或通道关闭时会退出阻塞
            fmt.Println("收到通知:", n)
        }(i)

    }

    fmt.Println("广播通知")
    close(c) //关闭通道, 广播通知

    time.Sleep(time.Second * 1) //等待其它协程处理

}
  • 1
  • 2
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  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24

2.同时读取多个通道

有时需要监视多个通道, 这个时候可以使用select

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    c1 := make(chan int)
    c2 := make(chan int)

    go func() {
        var n int
        select {
        case n = <-c1:
        case n = <-c2:
        }
        fmt.Println("数据:", n)
    }()

    fmt.Println("写入")
    c1 <- 1
    //c2 <- 2

    close(c1)
    close(c2)

    time.Sleep(time.Second * 1) //等待其它协程处理

}
  • 1
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  • 29
  • 30

3.超时

channel本身无法设置超时, 可以使用select和定时器实现超时功能

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    c := make(chan int, 1)

    go func() {
        timeout := false
        var n int

        select {
        case n = <-c:
        case <-time.After(time.Second * 1):
            timeout = true
        }

        if timeout {
            fmt.Println("超时")
        } else {
            fmt.Println("读取到数据:", n)
        }
    }()

    time.Sleep(time.Second * 2)
    c <- 2

    time.Sleep(time.Second * 3) //等待其它协程处理

}

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