Go基础系列:channel入门
channel基础
channel用于goroutines之间的通信,让它们之间可以进行数据交换。像管道一样,一个goroutine_a向channel_a中放数据,另一个goroutine_b从channel_a取数据。
channel是指针类型的数据类型,通过make来分配内存。例如:
ch := make(chan int)
这表示创建一个channel,这个channel中只能保存int类型的数据。也就是说一端只能向此channel中放进int类型的值,另一端只能从此channel中读出int类型的值。
需要注意,chan type
才表示channel的类型。所以其作为参数或返回值时,需指定为xxx chan int
类似的格式。
向ch这个channel放数据的操作形式为:
ch <- value
从ch这个channel读数据的操作形式为:
<-ch // 从ch中读取一个值 val = <-ch val := <-ch // 从ch中读取一个值并保存到val变量中 val,ok = <-ch // 从ch读取一个值,判断是否读取成功,如果成功则保存到val变量中
其实很简单,当ch出现在<-
的左边表示send,当ch出现在<-
的右边表示recv。
例如:
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { ch := make(chan string) go sender(ch) // sender goroutine go recver(ch) // recver goroutine time.sleep(1e9) } func sender(ch chan string) { ch <- "malongshuai" ch <- "gaoxiaofang" ch <- "wugui" ch <- "tuner" } func recver(ch chan string) { var recv string for { recv = <-ch fmt.println(recv) } }
输出结果:
malongshuai gaoxiaofang wugui tuner
上面激活了一个goroutine用于执行sender()函数,该函数每次向channel ch中发送一个字符串。同时还激活了另一个goroutine用于执行recver()函数,该函数每次从channel ch中读取一个字符串。
注意上面的recv = <-ch
,当channel中没有数据可读时,recver goroutine将会阻塞在此行。由于recver中读取channel的操作放在了无限for循环中,表示recver goroutine将一直阻塞,直到从channel ch中读取到数据,读取到数据后进入下一轮循环由被阻塞在recv = <-ch
上。直到main中的time.sleep()指定的时间到了,main程序终止,所有的goroutine将全部被强制终止。
因为receiver要不断从channel中读取可能存在的数据,所以receiver一般都使用一个无限循环来读取channel,避免sender发送的数据被丢弃。
channel的属性和分类
每个channel都有3种操作:send、receive和close
- send:表示sender端的goroutine向channel中投放数据
- receive:表示receiver端的goroutine从channel中读取数据
- close:表示关闭channel
- 关闭channel后,send操作将导致painc
-
关闭channel后,recv操作将返回对应类型的0值以及一个状态码false
- close并非强制需要使用close(ch)来关闭channel,在某些时候可以自动被关闭
- 如果使用close(),建议条件允许的情况下加上defer
- 只在sender端上显式使用close()关闭channel。因为关闭通道意味着没有数据再需要发送
- 关闭channel后,send操作将导致painc
例如,判断channel是否被关闭:
val, ok := <-counter if ok { fmt.println(val) }
channel分为两种:unbuffered channel和buffered channel
- unbuffered channel:阻塞、同步模式
- sender端向channel中send一个数据,然后阻塞,直到receiver端将此数据receive
- receiver端一直阻塞,直到sender端向channel发送了一个数据
- sender端向channel中send一个数据,然后阻塞,直到receiver端将此数据receive
- buffered channel:非阻塞、异步模式
- sender端可以向channel中send多个数据(只要channel容量未满),容量满之前不会阻塞
- receiver端按照队列的方式(fifo,先进先出)从buffered channel中按序receive其中数据
- sender端可以向channel中send多个数据(只要channel容量未满),容量满之前不会阻塞
buffered channel有两个属性:容量和长度:和slice的capacity和length的概念是一样的
- capacity:表示bufffered channel最多可以缓冲多少个数据
- length:表示buffered channel当前已缓冲多少个数据
- 创建buffered channel的方式为
make(chan type,cap)
unbuffered channel可以认为是容量为0的buffered channel,所以每发送一个数据就被阻塞。注意,不是容量为1的buffered channel,因为容量为1的channel,是在channel中已有一个数据,并发送第二个数据的时候才被阻塞。
换句话说,send被阻塞的时候,其实是没有发送成功的,只有被另一端读走一个数据之后才算是send成功。对于unbuffered channel来说,这是send/recv的同步模式。
实际上,当向一个channel进行send的时候,先关闭了channel,再读取channel时会发现错误在send,而不是recv。它会提示向已经关闭了的channel发送数据。
func main() { counter := make(chan int) go func() { counter <- 32 }() close(counter) fmt.println(<-counter) }
输出报错:
panic: send on closed channel
所以,在go的内部行为中,send和recv是一个整体行为,数据未读就表示未send成功。
死锁(deadlock)
当channel的某一端(sender/receiver)期待另一端的(receiver/sender)操作,另一端正好在期待本端的操作时,也就是说两端都因为对方而使得自己当前处于阻塞状态,这时将会出现死锁问题。
比如,在main函数中,它有一个默认的goroutine,如果在此goroutine中创建一个unbuffered channel,并在main goroutine中向此channel中发送数据并直接receive数据,将会出现死锁:
package main import ( "fmt" ) func main (){ goo(32) } func goo(s int) { counter := make(chan int) counter <- s fmt.println(<-counter) }
在上面的示例中,向unbuffered channel中send数据的操作counter <- s
是在main goroutine中进行的,从此channel中recv的操作<-counter
也是在main goroutine中进行的。send的时候会直接阻塞main goroutine,使得recv操作无法被执行,go将探测到此问题,并报错:
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! goroutine 1 [chan send]:
要修复此问题,只需将send操作放在另一个goroutine中执行即可:
package main import ( "fmt" ) func main() { goo(32) } func goo(s int) { counter := make(chan int) go func() { counter <- s }() fmt.println(<-counter) }
或者,将counter设置为一个容量为1的buffered channel:
counter := make(chan int,1)
这样放完一个数据后send不会阻塞(被recv之前放第二个数据才会阻塞),可以执行到recv操作。
unbuffered channel同步通信示例
下面通过sync.waitgroup类型来等待程序的结束,分析多个goroutine之间通信时状态的转换。因为创建的channel是unbuffered类型的,所以send和recv都是阻塞的。
package main import ( "fmt" "sync" ) // wg用于等待程序执行完成 var wg sync.waitgroup func main() { count := make(chan int) // 增加两个待等待的goroutines wg.add(2) fmt.println("start goroutines") // 激活一个goroutine,label:"goroutine-1" go printcounts("goroutine-1", count) // 激活另一个goroutine,label:"goroutine-2" go printcounts("goroutine-2", count) fmt.println("communication of channel begins") // 向channel中发送初始数据 count <- 1 // 等待goroutines都执行完成 fmt.println("waiting to finish") wg.wait() fmt.println("\nterminating the program") } func printcounts(label string, count chan int) { // goroutine执行完成时,wg的计数器减1 defer wg.done() for { // 从channel中接收数据 // 如果无数据可recv,则goroutine阻塞在此 val, ok := <-count if !ok { fmt.println("channel was closed:",label) return } fmt.printf("count: %d received from %s \n", val, label) if val == 10 { fmt.printf("channel closed from %s \n", label) // close the channel close(count) return } // 输出接收到的数据后,加1,并重新将其send到channel中 val++ count <- val } }
上面的程序中,激活了两个goroutine,激活这两个goroutine后,向channel中发送一个初始数据值1,然后main goroutine将因为wg.wait()等待2个goroutine都执行完成而被阻塞。
再看这两个goroutine,这两个goroutine执行完全一样的函数代码,它们都接收count这个channel的数据,但可能是goroutine1先接收到channel中的初始值1,也可能是goroutine2先接收到初始值1。接收到数据后输出值,并在输出后对数据加1,然后将加1后的数据再次send到channel,每次send都会将自己这个goroutine阻塞(因为unbuffered channel),此时另一个goroutine因为等待recv而执行。当加1后发送给channel的数据为10之后,某goroutine将关闭count channel,该goroutine将退出,wg的计数器减1,另一个goroutine因等待recv而阻塞的状态将因为channel的关闭而失败,ok状态码将让该goroutine退出,于是wg的计数器减为0,main goroutine因为wg.wait()而继续执行后面的代码。
使用for range迭代channel
前面都是在for无限循环中读取channel中的数据,但也可以使用range来迭代channel,它会返回每次迭代过程中所读取的数据,直到channel被关闭。
例如,将上面示例中的printcounts()改为for-range的循环形式。
func printcounts(label string, count chan int) { defer wg.done() for val := range count { fmt.printf("count: %d received from %s \n", val, label) if val == 10 { fmt.printf("channel closed from %s \n", label) close(count) return } val++ count <- val } }
多个"管道":输出作为输入
channel是goroutine与goroutine之间通信的基础,一边产生数据放进channel,另一边从channel读取放进来的数据。可以借此实现多个goroutine之间的数据交换,例如goroutine_1->goroutine_2->goroutine_3
,就像bash的管道一样,上一个命令的输出可以不断传递给下一个命令的输入,只不过golang借助channel可以在多个goroutine(如函数的执行)之间传,而bash是在命令之间传。
以下是一个示例,第一个函数getrandnum()用于生成随机整数,并将生成的整数放进第一个channel ch1中,第二个函数addrandnum()用于接收ch1中的数据(来自第一个函数),将其输出,然后对接收的值加1后放进第二个channel ch2中,第三个函数printres接收ch2中的数据并将其输出。
如果将函数认为是linux的命令,则类似于下面的命令行:ch1相当于第一个管道,ch2相当于第二个管道
getrandnum | addrandnum | printres
以下是代码部分:
package main import ( "fmt" "math/rand" "sync" ) var wg sync.waitgroup func main() { wg.add(3) // 创建两个channel ch1 := make(chan int) ch2 := make(chan int) // 3个goroutine并行 go getrandnum(ch1) go addrandnum(ch1, ch2) go printres(ch2) wg.wait() } func getrandnum(out chan int) { // defer the wg.done() defer wg.done() var random int // 总共生成10个随机数 for i := 0; i < 10; i++ { // 生成[0,30)之间的随机整数并放进channel out random = rand.intn(30) out <- random } close(out) } func addrandnum(in,out chan int) { defer wg.done() for v := range in { // 输出从第一个channel中读取到的数据 // 并将值+1后放进第二个channel中 fmt.println("before +1:",v) out <- (v + 1) } close(out) } func printres(in chan int){ defer wg.done() for v := range in { fmt.println("after +1:",v) } }
指定channel的方向
上面通过两个channel将3个goroutine连接起来,其中起连接作用的是第二个函数addrandnum()。在这个函数中使用了两个channel作为参数:一个channel用于接收、一个channel用于发送。
其实channel类的参数变量可以指定数据流向:
-
in <-chan int
:表示channel in通道只用于接收数据
-
out chan<- int
:表示channel out通道只用于发送数据
只用于接收数据的通道<-chan
不可被关闭,因为关闭通道是针对发送数据而言的,表示无数据再需发送。对于recv来说,关闭通道是没有意义的。
所以,上面示例中三个函数可改写为:
func getrandnum(out chan<- int) { ... } func addrandnum(in <-chan int, out chan<- int) { ... } func printres(in <-chan int){ ... }
buffered channel异步队列请求示例
下面是使用buffered channel实现异步处理请求的示例。
在此示例中:
- 有(最多)3个worker,每个worker是一个goroutine,它们有worker id。
- 每个worker都从一个buffered channel中取出待执行的任务,每个任务是一个struct结构,包含了任务id(jobid),当前任务的队列号(id)以及任务的状态(worker是否执行完成该任务)。
- 在main goroutine中将每个任务struct发送到buffered channel中,这个buffered channel的容量为10,也就是最多只允许10个任务进行排队。
- worker每次取出任务后,输出任务号,然后执行任务(run),最后输出任务id已完成。
- 每个worker执行任务的方式很简单:随机睡眠0-1秒钟,并将任务标记为完成。
以下是代码部分:
package main import ( "fmt" "math/rand" "sync" "time" ) type task struct { id int jobid int status string createtime time.time } func (t *task) run() { sleep := rand.intn(1000) time.sleep(time.duration(sleep) * time.millisecond) t.status = "completed" } var wg sync.waitgroup // worker的数量,即使用多少goroutine执行任务 const workernum = 3 func main() { wg.add(workernum) // 创建容量为10的buffered channel taskqueue := make(chan *task, 10) // 激活goroutine,执行任务 for workid := 0; workid <= workernum; workid++ { go worker(taskqueue, workid) } // 将待执行任务放进buffered channel,共15个任务 for i := 1; i <= 15; i++ { taskqueue <- &task{ id: i, jobid: 100 + i, createtime: time.now(), } } close(taskqueue) wg.wait() } // 从buffered channel中读取任务,并执行任务 func worker(in <-chan *task, workid int) { defer wg.done() for v := range in { fmt.printf("worker%d: recv a request: taskid:%d, jobid:%d\n", workid, v.id, v.jobid) v.run() fmt.printf("worker%d: completed for taskid:%d, jobid:%d\n", workid, v.id, v.jobid) } }
select多路监听
很多时候想要同时操作多个channel,比如从ch1、ch2读数据。go提供了一个select语句块,它像switch一样工作,里面放一些case语句块,用来轮询每个case语句块的send或recv情况。
select
用法格式示例:
select { // ch1有数据时,读取到v1变量中 case v1 := <-ch1: ... // ch2有数据时,读取到v2变量中 case v2 := <-ch2: ... // 所有case都不满足条件时,执行default default: ... }
defalut语句是可选的,不允许fall through行为,但允许case语句块为空块。select会被return、break关键字中断。
select的行为模式主要是对channel是否可读进行轮询,但也可以用来向channel发送数据。它的行为如下:
- 如果所有的case语句块都被阻塞,则阻塞直到某个语句块可以被处理
- 如果多个case同时满足条件,则随机选择一个进行处理
- 如果存在default且其它case都不满足条件,则执行default。所以default必须要可执行而不能阻塞
需要注意的是,如果在select中执行send操作,则可能会永远被send阻塞。所以,在使用send的时候,应该也使用defalut语句块,保证send不会被阻塞。
一般来说,select会放在一个无限循环语句中,一直轮询channel的可读事件。
下面是一个示例,pump1()和pump2()都用于产生数据(一个产生偶数,一个产生奇数),并将数据分别放进ch1和ch2两个通道,suck()则从ch1和ch2中读取数据。然后在无限循环中使用select轮询这两个通道是否可读,最后main goroutine在1秒后强制中断所有goroutine。
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { ch1 := make(chan int) ch2 := make(chan int) go pump1(ch1) go pump2(ch2) go suck(ch1, ch2) time.sleep(1e9) } func pump1(ch chan int) { for i := 0; i <= 30; i++ { if i%2 == 0 { ch <- i } } } func pump2(ch chan int) { for i := 0; i <= 30; i++ { if i%2 == 1 { ch <- i } } } func suck(ch1 chan int, ch2 chan int) { for { select { case v := <-ch1: fmt.printf("recv on ch1: %d\n", v) case v := <-ch2: fmt.printf("recv on ch2: %d\n", v) } } }
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