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详解Golang中Channel的原理和使用技巧

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Channel 详解

Channel 简要说明

Channel(一般简写为 chan) 管道提供了一种机制,它在两个并发执行的协程之间进行同步,并通过传递与该管道元素类型相符的值来进行通信。Channel 是用来在不同的 goroutine 中交换数据的,千万不要把 Channel 拿来在同一个 goroutine 中的不同函数之间间交换数据,chan 可以理解为一个管道或者先进先出的队列。

Channel 类型定义

最简单形式: chan elementType,通过这个类型的值,你可以发送和接收elementType 类型的元素。Channel 是引用类型,如果将一个 chan 变量赋值给另外一个,则这两个变量访问的是相同的 chann。

当然,我们可以用 make 分配一个channel:var c = make(chan int)

Channel 操作符<- 和操作方式

通信操作符 <- 的箭头指示数据流向,箭头指向哪里,数据就流向哪里,它是一个二元操作符,可以支持任意类型,对于 channel 的操作只有4种方式:

1.创建 channel (通过make()函数实现,包括无缓存 channel 和有缓存 channel);

2.向 channel 中添加数据(channel<-data);

3.从 channel 中读取数据(data<-channel);

4.关闭 channel(通过 close()函数实现)

Channel 有无缓冲 & 同步、异步

channel 分为有缓冲 channel 和无缓冲 channel,两种 channel 的创建方法如下:

var ch = make(chan int) //无缓冲 channel,等同于make(chan int ,0),是一个同步的 Channel

var ch = make(chan int,10) //有缓冲channel,缓冲大小是10,是一个异步的Channel

Channel 各种操作导致阻塞和协程泄漏的场景

写操作,什么时候会被阻塞?

1.向 nil 通道发送数据会被阻塞

2.向无缓冲 channel 写数据,如果读协程没有准备好,会阻塞

3.向有缓冲 channel 写数据,如果缓冲已满,会阻塞

有缓冲的 channel,在缓冲 buffer 之内,不读取也不会导致阻塞,当然也就不会使得协程泄漏,但是如果写数据超过了 buffer 还没有读取,那么继续写的时候就会阻塞了。如果往有缓冲的 channel 写了数据但是一直没有读取就直接退出协程的话,一样会导致 channel 阻塞,从而使得协程阻塞并泄漏。

读操作,什么时候会被阻塞?

close 操作,什么时候会被阻塞?

close channel 对 channel 阻塞是没有任何效果的,写了数据但是不读,直接 close,还是会阻塞的。

Channel 各种操作对应的状态

Channel 长度和容量

容量(capacity)代表 Channel 容纳的最多的元素的数量,代表Channel的缓存的大小。如果没有设置容量,或者容量设置为0, 说明 Channel 没有缓存,长度和容量的两个函数是 cap 和 len 。

示例如下:

c := make(chan int, 100) // cap 就是 100,但是此时 len 为 0
c <- 0  // len = 1, cap = 100
c <- 0  // len = 2, cap = 100
<- c    // len = 1, cap = 100

Channel 的缺点

Channel 的缺点:

Channel 可能会导致循环阻塞或者协程泄漏,这个是最最最要重点关注的。

Channel 中传递指针会导致数据竞态问题(data race/ race conditions)

Channel 中传递的都是数据的拷贝,可能会影响性能,但是就目前我们的机器性能来看,这点数据拷贝所带来的 CPU 消耗,大多数的情况下可以忽略。

Go Channel 实现协程同步

channel 实现并发同步的说明

channel 作为 Go 并发模型的核心思想:不要通过共享内存来通信,而应该通过通信来共享内存,那么在 Go 里面,当然也可以很方便通过 channel 来实现协程的并发和同步了,并且 channel 本身还可以支持有缓冲和无缓冲的,通过 channel + timeout 实现并发协程之间的同步也是常见的一种使用姿势。

无缓冲 chan 示例

示例如下:

package main
import "fmt"
func main() {
     var ch = make(chan string)
     for i := 0; i < 10; i++ {
             go sum(i, i+10, ch)
     }
     for i := 0; i < 10; i++ {
             fmt.Print(<-ch)
     }
}
func sum(start, end int, ch chan string) {
     var sum int = 0
     for i := start; i < end; i++ {
             sum += i
     }
     ch <- fmt.Sprintf("Sum from %d to %d is %d\n", start, end, sum)
}

有缓冲 chan 示例

	message_chan := make(chan int, 2)

	go func() {
		time.Sleep(time.Second * 3)
		println("start recv...")
		println(<-message_chan)
		println(<-message_chan)
		println(<-message_chan)
		println("finish recv...")
	}()

	println("start send 10...")
	message_chan <- 10

	println("start send 20...")
	message_chan <- 20

	println("start send 30...")
	message_chan <- 30

	println("finish send...")

	time.Sleep(time.Second * 3)
	close(message_chan)

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