Go語言中 Channel 詳解

Channel是Go中的一個核心類型，你可以把它看成一個管道，通過它并發(fā)核心單元就可以發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)進行通訊(communication)。

它的操作符是箭頭 <- 。

ch <- v    // 發(fā)送值v到Channel ch中
v := <-ch  // 從Channel ch中接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)賦值給v
(箭頭的指向就是數(shù)據(jù)的流向)

就像 map 和 slice 數(shù)據(jù)類型一樣, channel必須先創(chuàng)建再使用:

ch := make(chan int)
Channel類型
Channel類型的定義格式如下：

ChannelType = ( "chan" | "chan" "<-" | "<-" "chan" ) ElementType .
它包括三種類型的定義。可選的<-代表channel的方向。如果沒有指定方向，那么Channel就是雙向的，既可以接收數(shù)據(jù)，也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

chan T          // 可以接收和發(fā)送類型為 T 的數(shù)據(jù)
chan<- float64  // 只可以用來發(fā)送 float64 類型的數(shù)據(jù)
<-chan int      // 只可以用來接收 int 類型的數(shù)據(jù)
<-總是優(yōu)先和最左邊的類型結(jié)合。(The <- operator associates with the leftmost chan possible)

chan<- chan int    // 等價 chan<- (chan int)
chan<- <-chan int  // 等價 chan<- (<-chan int)
<-chan <-chan int  // 等價 <-chan (<-chan int)
chan (<-chan int)

使用make初始化Channel,并且可以設(shè)置容量:

make(chan int, 100)

容量(capacity)代表Channel容納的最多的元素的數(shù)量，代表Channel的緩存的大小。
如果沒有設(shè)置容量，或者容量設(shè)置為0, 說明Channel沒有緩存，只有sender和receiver都準(zhǔn)備好了后它們的通訊(communication)才會發(fā)生(Blocking)。如果設(shè)置了緩存，就有可能不發(fā)生阻塞， 只有buffer滿了后 send才會阻塞， 而只有緩存空了后receive才會阻塞。一個nil channel不會通信。

可以通過內(nèi)建的close方法可以關(guān)閉Channel。

你可以在多個goroutine從/往 一個channel 中 receive/send 數(shù)據(jù), 不必考慮額外的同步措施。

Channel可以作為一個先入先出(FIFO)的隊列，接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)的順序是一致的。

channel的 receive支持 multi-valued assignment，如

v, ok := <-ch
它可以用來檢查Channel是否已經(jīng)被關(guān)閉了。

send語句

send語句用來往Channel中發(fā)送數(shù)據(jù)， 如ch <- 3。
它的定義如下:

SendStmt = Channel "<-" Expression .
Channel  = Expression .

在通訊(communication)開始前channel和expression必選先求值出來(evaluated)，比如下面的(3+4)先計算出7然后再發(fā)送給channel。

c := make(chan int)
defer close(c)
go func() { c <- 3 + 4 }()
i := <-c
fmt.Println(i)

send被執(zhí)行前(proceed)通訊(communication)一直被阻塞著。如前所言，無緩存的channel只有在receiver準(zhǔn)備好后send才被執(zhí)行。如果有緩存，并且緩存未滿，則send會被執(zhí)行。

往一個已經(jīng)被close的channel中繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)會導(dǎo)致run-time panic。

往nil channel中發(fā)送數(shù)據(jù)會一致被阻塞著。

receive 操作符

<-ch用來從channel ch中接收數(shù)據(jù)，這個表達式會一直被block,直到有數(shù)據(jù)可以接收。
從一個nil channel中接收數(shù)據(jù)會一直被block。

從一個被close的channel中接收數(shù)據(jù)不會被阻塞，而是立即返回，接收完已發(fā)送的數(shù)據(jù)后會返回元素類型的零值(zero value)。

如前所述，你可以使用一個額外的返回參數(shù)來檢查channel是否關(guān)閉。

x, ok := <-ch
x, ok = <-ch
var x, ok = <-ch

如果OK 是false，表明接收的x是產(chǎn)生的零值，這個channel被關(guān)閉了或者為空。

blocking

缺省情況下，發(fā)送和接收會一直阻塞著，直到另一方準(zhǔn)備好。這種方式可以用來在gororutine中進行同步，而不必使用顯示的鎖或者條件變量。

如官方的例子中x, y := <-c, <-c這句會一直等待計算結(jié)果發(fā)送到channel中。

import "fmt"
func sum(s []int, c chan int) {
 sum := 0
 for _, v := range s {
  sum += v
 }
 c <- sum // send sum to c
}
func main() {
 s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}
 c := make(chan int)
 go sum(s[:len(s)/2], c)
 go sum(s[len(s)/2:], c)
 x, y := <-c, <-c // receive from c
 fmt.Println(x, y, x+y)
}
Buffered Channels

make的第二個參數(shù)指定緩存的大?。篶h := make(chan int, 100)。

通過緩存的使用，可以盡量避免阻塞，提供應(yīng)用的性能。

Range

for …… range語句可以處理Channel。

func main() {
 go func() {
  time.Sleep(1 * time.Hour)
 }()
 c := make(chan int)
 go func() {
  for i := 0; i < 10; i = i + 1 {
   c <- i
  }
  close(c)
 }()
 for i := range c {
  fmt.Println(i)
 }
 fmt.Println("Finished")
}

range c產(chǎn)生的迭代值為Channel中發(fā)送的值，它會一直迭代直到channel被關(guān)閉。上面的例子中如果把close(c)注釋掉，程序會一直阻塞在for …… range那一行。

select

select語句選擇一組可能的send操作和receive操作去處理。它類似switch,但是只是用來處理通訊(communication)操作。
它的case可以是send語句，也可以是receive語句，亦或者default。

receive語句可以將值賦值給一個或者兩個變量。它必須是一個receive操作。

最多允許有一個default case,它可以放在case列表的任何位置，盡管我們大部分會將它放在最后。

import "fmt"
func fibonacci(c, quit chan int) {
 x, y := 0, 1
 for {
  select {
  case c <- x:
   x, y = y, x+y
  case <-quit:
   fmt.Println("quit")
   return
  }
 }
}
func main() {
 c := make(chan int)
 quit := make(chan int)
 go func() {
  for i := 0; i < 10; i++ {
   fmt.Println(<-c)
  }
  quit <- 0
 }()
 fibonacci(c, quit)
}

如果有同時多個case去處理,比如同時有多個channel可以接收數(shù)據(jù)，那么Go會偽隨機的選擇一個case處理(pseudo-random)。如果沒有case需要處理，則會選擇default去處理，如果default case存在的情況下。如果沒有default case，則select語句會阻塞，直到某個case需要處理。

需要注意的是，nil channel上的操作會一直被阻塞，如果沒有default case,只有nil channel的select會一直被阻塞。

select語句和switch語句一樣，它不是循環(huán)，它只會選擇一個case來處理，如果想一直處理channel，你可以在外面加一個無限的for循環(huán)：

for {
 select {
 case c <- x:
  x, y = y, x+y
 case <-quit:
  fmt.Println("quit")
  return
 }
}

timeout

select有很重要的一個應(yīng)用就是超時處理。 因為上面我們提到，如果沒有case需要處理，select語句就會一直阻塞著。這時候我們可能就需要一個超時操作，用來處理超時的情況。
下面這個例子我們會在2秒后往channel c1中發(fā)送一個數(shù)據(jù)，但是select設(shè)置為1秒超時,因此我們會打印出timeout 1,而不是result 1。

import "time"
import "fmt"
func main() {
    c1 := make(chan string, 1)
    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 2)
        c1 <- "result 1"
    }()
    select {
    case res := <-c1:
        fmt.Println(res)
    case <-time.After(time.Second * 1):
        fmt.Println("timeout 1")
    }
}

其實它利用的是time.After方法，它返回一個類型為<-chan Time的單向的channel，在指定的時間發(fā)送一個當(dāng)前時間給返回的channel中。

Timer和Ticker

我們看一下關(guān)于時間的兩個Channel。
timer是一個定時器，代表未來的一個單一事件，你可以告訴timer你要等待多長時間，它提供一個Channel，在將來的那個時間那個Channel提供了一個時間值。下面的例子中第二行會阻塞2秒鐘左右的時間，直到時間到了才會繼續(xù)執(zhí)行。

timer1 := time.NewTimer(time.Second * 2)
<-timer1.C
fmt.Println("Timer 1 expired")

當(dāng)然如果你只是想單純的等待的話，可以使用time.Sleep來實現(xiàn)。

你還可以使用timer.Stop來停止計時器。

timer2 := time.NewTimer(time.Second)
go func() {
 <-timer2.C
 fmt.Println("Timer 2 expired")
}()
stop2 := timer2.Stop()
if stop2 {
 fmt.Println("Timer 2 stopped")
}

ticker是一個定時觸發(fā)的計時器，它會以一個間隔(interval)往Channel發(fā)送一個事件(當(dāng)前時間)，而Channel的接收者可以以固定的時間間隔從Channel中讀取事件。下面的例子中ticker每500毫秒觸發(fā)一次，你可以觀察輸出的時間。

ticker := time.NewTicker(time.Millisecond * 500)
go func() {
 for t := range ticker.C {
  fmt.Println("Tick at", t)
 }
}()

類似timer, ticker也可以通過Stop方法來停止。一旦它停止，接收者不再會從channel中接收數(shù)據(jù)了。

close

內(nèi)建的close方法可以用來關(guān)閉channel。

總結(jié)一下channel關(guān)閉后sender的receiver操作。
如果channel c已經(jīng)被關(guān)閉,繼續(xù)往它發(fā)送數(shù)據(jù)會導(dǎo)致panic: send on closed channel:

import "time"
func main() {
 go func() {
  time.Sleep(time.Hour)
 }()
 c := make(chan int, 10)
 c <- 1
 c <- 2
 close(c)
 c <- 3
}

但是從這個關(guān)閉的channel中不但可以讀取出已發(fā)送的數(shù)據(jù)，還可以不斷的讀取零值:

c := make(chan int, 10)
c <- 1
c <- 2
close(c)
fmt.Println(<-c) //1
fmt.Println(<-c) //2
fmt.Println(<-c) //0
fmt.Println(<-c) //0

但是如果通過range讀取，channel關(guān)閉后for循環(huán)會跳出：

c := make(chan int, 10)
c <- 1
c <- 2
close(c)
for i := range c {
 fmt.Println(i)
}

通過i, ok := <-c可以查看Channel的狀態(tài)，判斷值是零值還是正常讀取的值。

c := make(chan int, 10)
close(c)
i, ok := <-c
fmt.Printf("%d, %t", i, ok) //0, false

同步

channel可以用在goroutine之間的同步。
下面的例子中main goroutine通過done channel等待worker完成任務(wù)。 worker做完任務(wù)后只需往channel發(fā)送一個數(shù)據(jù)就可以通知main goroutine任務(wù)完成。

import (
 "fmt"
 "time"
)
func worker(done chan bool) {
 time.Sleep(time.Second)
 // 通知任務(wù)已完成
 done <- true
}
func main() {
 done := make(chan bool, 1)
 go worker(done)
 // 等待任務(wù)完成
 <-done
}