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Go语言之Channel，你用过吗？

搁浅 2023-01-31 11:05:25 1832 全屏阅读只看Ta

Channel是Golang语言的特色，用于多个Goroutine之间的通信。本文首先探讨对其发送、接收操作的特点，然后讨论什么时候channel会阻塞、什么时候channel会panic，最后讨论专门为channel而生的select语句

channel通道发送与接收操作的特点

发送操作与接收操作都是互斥的

解释：多个goroutine中同时向同一个channel发送或者接收时，只能一个goroutine对channel进行发送或接收，发送之间互斥，接收之间也互斥。 发送操作在完全完成之前会被阻塞，接收操作也是如此。 发送操作和接收操作中对元素值的处理都是不可分割的。解释：发送操作，不是直接将值将入到channel，而是第一步、进行复制，第二步、将副本加入到channel中，这个过程不可分割且会阻塞。接收操作，不是直接将值直接赋值给变量，而是第一步、进行复制，第二步、将副本赋值给变量，第三部、删除channel中的相应元素。这个过程不可分割且会阻塞。

对通道的发送与接收操作，什么时候会阻塞？

通道为nil时，发送与接收操作全都会阻塞

解释：通道channel为引用类型，只声明不用make初始化，此时channel就是一个nil

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main()  {
    var ch chan int
    go func() {
        ch <- 1
        fmt.Println("goroutine finish")
    }()
    time.Sleep(10*time.Second)
}
// main goroutine 会等待10s，不会打印goroutine finish，说明一直阻塞

缓冲通道，已满，进行发送操作，发送操作阻塞

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    var ch = make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3
    fmt.Println("channel is fill")
    go func() {
        ch <- 4
        fmt.Println("fill channel can  receive a number?")
    }()
    time.Sleep(5 * time.Second)
}

缓冲通道，已空，进行接收操作，接收操作阻塞
非缓冲通道，只有当发送和接收都准备好（其实就是同步），才不会阻塞。

package main

func main() {
    // 示例1。
    ch1 := make(chan int, 1)
    ch1 <- 1
    //ch1 <- 2 // 通道已满，因此这里会造成阻塞。

    // 示例2。
    ch2 := make(chan int, 1)
    //elem, ok := <-ch2 // 通道已空，因此这里会造成阻塞。
    //_, _ = elem, ok
    ch2 <- 1

    // 示例3。
    var ch3 chan int
    //ch3 <- 1 // 通道的值为nil，因此这里会造成永久的阻塞！
    //<-ch3 // 通道的值为nil，因此这里会造成永久的阻塞！
    _ = ch3
}

通道的接收与发送什么时候会引发`panic`？

一句话总结：跟通道channel关闭有关 * 通道已经关闭，但是依然向其发送元素

package main

func main()  {
    var ch = make(chan int, 2)
    close(ch)
    ch <- 1
}

再次关闭已经关闭的通道

package main

func main()  {
    var ch = make(chan int, 2)
    close(ch)
    //ch <- 1
    close(ch)
}

一个正常的收发channel示例

package main

import "fmt"

func main() {
    var ch = make(chan int, 2)

    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            fmt.Println("sender channel a val: ", i)
            ch <- i
        }
        fmt.Println("sender finished, will close the channel")
        close(ch)
    }()

    for {
        elem, ok := <- ch
        if !ok {
            fmt.Println("channel has already closed.")
            break
        } else {
            fmt.Println("receive a val from channel, ", elem)
        }
    }
    fmt.Println("End.")
}

select

基础概念

select语句是专门为了通道channel而设计的，所以select的每个case表达式中，都只能包含操作通道的表达式，比如接收表达式和发送表达式

select本质上就是对通道channel的I/O操作的监听器。

// 给定几个通道，哪个通道不为空，便执行相应语句

// 准备好几个通道。
intChannels := [3]chan int{
  make(chan int, 1),
  make(chan int, 1),
  make(chan int, 1),
}
// 随机选择一个通道，并向它发送元素值。
index := rand.Intn(3)
fmt.Printf("The index: %d\n", index)
intChannels[index] <- index
// 哪一个通道中有可取的元素值，哪个对应的分支就会被执行。
select {
case <-intChannels[0]:
  fmt.Println("The first candidate case is selected.")
case <-intChannels[1]:
  fmt.Println("The second candidate case is selected.")
case elem := <-intChannels[2]:
  fmt.Printf("The third candidate case is selected, the element is %d.\n", elem)
default:
  fmt.Println("No candidate case is selected!")
}

注意点

select的case分支必须是关于通道的发送表达式或者接收表达式。
如果select有默认的default分支，那么无论case条件中对通道的操作是否阻塞，select语句是不会阻塞的。
select语句中只能有一个default分支，且分支的位置不重要。都是evaluated各个case分支之后且不满足的时候才会执行default分支的语句。
如果select没有默认的default分支，而且case条件中对通道的操作都阻塞，select语句会阻塞的。如果发生阻塞，就认为该case表达式不满足执行条件，进行下一个case分支的判断。
一个select语句只能对其中的每个case表达式各求值一次，如果想要迭代求值，需要for语句的帮助。但是请注意，如果此时select中的case语句当中有break执行，那么并不会跳出外层的for语句，而是会继续循环。
如果select语句发现同时有多个case分支满足选择条件，那么它就会用一种伪随机的算法在这些分支中选择一个执行。注意，即使select语句是在被唤醒时发现的这种的情况，也会这么做。

func example2() {
    intChan := make(chan int, 1)
    // 一秒后关闭通道。
    time.AfterFunc(time.Second, func() {
        close(intChan)
    })
    select {
    case _, ok := <-intChan:
        if !ok {
            fmt.Println("The candidate case is closed.")
            break
        }
        fmt.Println("The candidate case is selected.")
    }
}
// result
The candidate case is closed.

程序分析，代码运行到select的唯一case分支时，因为此时intChan为空，无法进行接收，所以阻塞，1s之后，通道关闭，二元接收值中的ok为false，所以执行答应The candidate case is closed.

再次看一个示例，到底哪个case被执行，或者default被执行

package main

import "fmt"

var channels = [3]chan int{
    nil,
    make(chan int),
    nil,
}

var numbers = []int{0, 1, 2}

func main() {
    select {
    case getChan(0) <- getNumber(0):
        fmt.Println("The first candidate case is selected.")
    case getChan(1) <- getNumber(1):
        fmt.Println("The second candidate case is selected.")
    case getChan(2) <- getNumber(2):
        fmt.Println("The third candidate case is selected")
    default:
        fmt.Println("No candidate case is selected!")
    }
}

func getNumber(i int) int {
    fmt.Printf("numbers[%d]\n", i)
    return numbers[i]
}

func getChan(i int) chan int {
    fmt.Printf("channels[%d]\n", i)
    return channels[i]
}

// result
No candidate case is selected!

为何？因为三个case分支全都阻塞第一、第三：试图向nil通道发送数据，阻塞之第二个试图向无缓冲通道发送，因为没有相应的接收操作，阻塞之所以只能执行default分支的语句

如果想要第二个case分支运行，只需要做如下修改

package main

import "fmt"

var channels = [3]chan int{
    nil,
    make(chan int),
    nil,
}

var numbers = []int{0, 1, 2}

func main() {
    go func() {
        for {
            <- getChan(1)
        }
    }()
    select {
    case getChan(0) <- getNumber(0):
        fmt.Println("The first candidate case is selected.")
    case getChan(1) <- getNumber(1):
        fmt.Println("The second candidate case is selected.")
    case getChan(2) <- getNumber(2):
        fmt.Println("The third candidate case is selected")
    default:
        fmt.Println("No candidate case is selected!")
    }
    fmt.Println("finish")
}

func getNumber(i int) int {
    fmt.Printf("numbers[%d]\n", i)
    return numbers[i]
}

func getChan(i int) chan int {
    fmt.Printf("channels[%d]\n", i)
    return channels[i]
}