Go語言之通道

上一篇我們講的原子函數(shù)和互斥鎖，都可以保證共享數(shù)據(jù)的讀寫。但是呢，它們還是有點復(fù)雜，而且影響性能。對此，Go又為我們提供了一種工具，這就是通道。

所以在多個goroutine并發(fā)中，我們不僅可以通過原子函數(shù)和互斥鎖保證對共享資源的安全訪問，消除競爭的狀態(tài)，還可以通過使用通道，在多個goroutine發(fā)送和接受共享的數(shù)據(jù)，達到數(shù)據(jù)同步的目的。

通道，它有點像在兩個routine之間架設(shè)的管道：一個goroutine可以往這個管道里塞數(shù)據(jù)，另外一個可以從這個管道里取數(shù)據(jù)。有點類似于我們說的隊列。

聲明一個通道很簡單，我們使用chan關(guān)鍵字即可。除此之外，還要指定通道中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的類型，這樣我們才能知道，要發(fā)送什么類型的數(shù)據(jù)給通道，也知道從這個通道里可以接收到什么類型的數(shù)據(jù)。

ch:=make(chan int)

通道類型和Map這些類型一樣，可以使用內(nèi)置的make函數(shù)聲明初始化。這里我們初始化了一個chan int類型的通道，所以我們只能往這個通道里發(fā)送int類型的數(shù)據(jù)，當然接收也只能是int類型的數(shù)據(jù)。

我們知道，通道是用于在goroutine之間通信的，它具有發(fā)送和接收兩個操作，而且這兩個操作的運算符都是<-。

ch <- 2 //發(fā)送數(shù)值2給這個通道
x:=<-ch //從通道里讀取值，并把讀取的值賦值給x變量
<-ch //從通道里讀取值，然后忽略

看例子，慢慢理解發(fā)送和接收的用法。發(fā)送操作<-在通道的后面，看箭頭方向，表示把數(shù)值 2 發(fā)送到通道ch里；接收操作<-在通道的前面，而且是一個一元操作符，看箭頭方向，表示從通道ch里讀取數(shù)據(jù)。讀取的數(shù)據(jù)可以賦值給一個變量，也可以忽略。

通道我們還可以使用內(nèi)置的close函數(shù)關(guān)閉。

close(ch)

如果一個通道被關(guān)閉了，我們就不能往這個通道里發(fā)送數(shù)據(jù)了，如果發(fā)送的話，會引起painc異常。但是，我們還可以接收通道里的數(shù)據(jù)，如果通道里沒有數(shù)據(jù)的話，接收的數(shù)據(jù)是nil。

剛剛我們使用make函數(shù)初始化的時候，只有一個參數(shù)，其實make還可以有第二個參數(shù)，用于指定通道的大小。默認沒有第二個參數(shù)的時候，通道的大小為 0 ，這種通道也被成為無緩沖通道。

ch:=make(chan int)
ch:=make(chan int,0)
ch:=make(chan int,2)

看例子，其中第一個和第二個初始化是等價的。第三個初始化創(chuàng)建了一個大小為 2 的通道，這種稱為有緩沖通道。

無緩沖的通道

無緩沖的通道指的是通道的大小為 0 。也就是說，這種類型的通道在接收前沒有能力保存任何值，它要求發(fā)送goroutine和接收goroutine同時準備好，才可以完成發(fā)送和接收操作。

從上面無緩沖的通道定義來看，發(fā)送goroutine和接收gouroutine必須是同步的。同時準備后，如果沒有同時準備好的話，先執(zhí)行的操作就會阻塞等待，直到另一個相對應(yīng)的操作準備好為止。這種無緩沖的通道我們也稱之為同步通道。

func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
            var sum int = 0
            for i := 0; i < 10; i++ {
                sum += i            }
            ch <- sum    }()

    fmt.Println(<-ch)}

在前面的例子中，我們?yōu)榱搜菔緂oroutine，防止程序提前終止，都是使用sync.WaitGroup進行等待。現(xiàn)在的這個例子就不用了，我們使用同步通道來等待。

在計算sum和的goroutine沒有執(zhí)行完，把值賦給ch通道之前，fmt.Println(<-ch)會一直等待，所以main主goroutine就不會終止。只有當計算和的goroutine完成，并且發(fā)送到ch通道的操作準備好后，同時<-ch就會接收計算好的值，然后打印出來。

管道

我們在使用Bash的時候，有個管道操作|。它的意思是把上一個操作的輸出，當成下一個操作的輸入，連起來，做一連串的處理操作。

  ~ ls |grep 'D'
Desktop
Documents
Downloads

比如上面這個例子的意思是，先使用ls命令，把當前目錄下的目錄和文件列出來，作為下一個grep命令的輸入，然后通過grep命令，匹配我們需要顯示的目錄和文件，這里匹配以D開頭的文件名或者目錄名。

其實我們使用通道也可以做到管道的效果，我們只需要把一個通道的輸出，當成下一個通道的輸入即可。

func main() {
    one := make(chan int)
    two := make(chan int)
    go func() {
        one<-100
    }()
    go func() {
        v:=<-one
        two<-v    }()

    fmt.Println(<-two)}

這里例子中我們定義兩個通道one和two，然后按照順序，先把 100 發(fā)送給通道one，然后用另外一個goroutine從one接收值，再發(fā)送給通道two，最終在主goroutine里等著接收打印two通道里的值。這就類似于一個管道的操作，把通道one的輸出，當成通道two的輸入，類似于接力賽一樣。

有緩沖的通道

有緩沖通道，其實是一個隊列，這個隊列的最大容量就是我們使用make函數(shù)創(chuàng)建通道時，通過第二個參數(shù)指定的。

ch := make(chan int, 3)

這里創(chuàng)建容量為 3 的、有緩沖的通道。對于有緩沖的通道，向其發(fā)送操作就是向隊列的尾部插入元素，接收操作則是從隊列的頭部刪除元素，并返回這個剛剛刪除的元素。

當隊列滿的時候，發(fā)送操作會阻塞；當隊列空的時候，接受操作會阻塞。有緩沖的通道，不要求發(fā)送和接收操作是同步的，相反可以解耦發(fā)送和接收操作。

想知道通道的容量以及里面有幾個元素數(shù)據(jù)怎么辦？其實和map一樣，使用cap和len函數(shù)就可以了。

cap(ch)
len(ch)

cap函數(shù)返回通道的最大容量，len函數(shù)返回現(xiàn)在通道里有幾個元素。

func mirroredQuery() string {
    responses := make(chan string, 3)
    go func() { responses <- request("asia.gopl.io") }()
    go func() { responses <- request("europe.gopl.io") }()    
    go func() { responses <- request("americas.gopl.io") }()    
    return <-responses // return the quickest response}func request(hostname string) (response string) { /* ... */ }

這是Go語言圣經(jīng)里比較有意義的一個例子，例子是想獲取服務(wù)端的一個數(shù)據(jù)，不過這個數(shù)據(jù)在三個鏡像站點上都存在，這三個鏡像分散在不同的地理位置，而我們的目的又是想最快地獲取數(shù)據(jù)。

所以這里，我們定義了一個容量為 3 的通道responses，然后同時發(fā)起 3 個并發(fā)goroutine向這三個鏡像獲取數(shù)據(jù)，獲取到的數(shù)據(jù)發(fā)送到通道responses中，最后我們使用return <-responses返回獲取到的第一個數(shù)據(jù)，也就是最快返回的那個鏡像的數(shù)據(jù)。

單向通道

有時候，我們有一些特殊場景，比如限制一個通道只可以接收，但是不能發(fā)送；有時候限制一個通道只能發(fā)送，但是不能接收，這種通道我們稱為單向通道。

定義單向通道也很簡單，只需要在定義的時候，帶上<-即可。

var send chan<- int //只能發(fā)送
var receive <-chan int //只能接收

注意<-操作符的位置，在后面是只能發(fā)送，對應(yīng)發(fā)送操作；在前面是只能接收，對應(yīng)接收操作。

單向通道應(yīng)用于函數(shù)或者方法的參數(shù)比較多，比如：

func counter(out chan<- int) {
}

例子這樣的，只能進行發(fā)送操作，防止使用接收操作。如果使用了接收操作，在編譯的時候就會報錯的。

使用通道可以很簡單地在goroutine之間共享數(shù)據(jù)，下一篇會具體介紹一些例子，以便更好地理解并發(fā)。