通道(channel)

2024-03-20 11:53:40

描述

主要用于多个goroutine间传递数据.一个通道相当于一个先进先出（FIFO）的队列.
channel用来在协程[goroutine]之前传递数据，准确的说，是用来传递数据的所有权。
一个设计良好的程序应该确保同一时刻channel里面的数据只会被同一个协程拥有，这样就可以避免并发带来的数据不安全问题[data races]。
官方的go编译器限制channel最多能容纳到65535个元素，但我们不宜传递体积过大的元素值，因为channel的数据从进入到流出会涉及到数据拷贝操作。如果元素体积过大，最好的方法还是使用传递指针来取代传递值。

内部结构

每个channel内部实现都有三个队列。

接收消息的协程队列。
这个队列的结构是一个限定最大长度的链表，所有阻塞在channel的接收操作的协程都会被放在这个队列里。
发送消息的协程队列。
这个队列的结构也是一个限定最大长度的链表。所有阻塞在channel的发送操作的协程也都会被放在这个队列里。
环形数据缓冲队列。
这个环形数组的大小就是channel的容量。如果数组装满了，就表示channel满了，如果数组里一个值也没有，就表示channel是空的。
对于一个阻塞型channel来说，它总是同时处于即满又空的状态。一个channel被所有使用它的协程所引用，也就是说，只要这两个装了协程的队列长度大于零，那么这个channel就永远不会被垃圾回收。另外，协程本身如果阻塞在channel的读写操作上，这个协程也永远不会被垃圾回收。

分类

非缓冲通道
make的时候第二个参数为0或者不填.
无论是发送操作还是接收操作，一开始执行就会被阻塞，直到配对的操作也开始执行才会继续传递。由此可见，非缓冲通道是在用同步的方式传递数据。也就是说，只有收发双方对接上了，数据才会被传递.数据是直接从发送方复制到接收方的，中间并不会用非缓冲通道做中转

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main()  {
	ch1 := make(chan int) //非缓冲信道
	go func() {
		ch1 <- 1
		fmt.Println("after 5 seconds, output this") //阻塞5秒后，主线程ch1信道才被接收，才输出该语句
	}()
	time.Sleep(5 * time.Second)
	<-ch1
	time.Sleep(2 * time.Second) //防止主线程结束，关闭其他线程
}

缓冲通道
make 的时候第一个参数大于0.
在有容量的时候,发送和接收是不会互相依赖的.用异步的方式传递数据。

package main

import (
"fmt"
"time"
)

func main()  {
	ch1 := make(chan int, 1) //缓冲信道
	go func() {
		ch1 <- 1
		fmt.Println("not after 5 seconds, output this")
	}()
	time.Sleep(5 * time.Second)
	fmt.Println(<-ch1)
}

特性

是类型安全的
发送操作之间是互斥的，接收操作之间也是互斥的（多线程安全）
进入通道的并不是在接收操作符右边的那个元素值，而是它的副本
移出通道的是通道元素的副本
channel关闭后,如果还有数据还是可以正常读取的，等读取完后，v,ok := <- ch，其中ok是false，v是对应类型的零值

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main()  {
	ch1 := make(chan int, 5) //缓冲信道
	go func() {
		for i := 0; i < 5; i++ {
			ch1 <- i
			if i >= 4 {
				close(ch1) 
			}
		}
	}()
	time.Sleep(5 * time.Second)//保证上个goroutine结束，即ch1是关闭的
	i := 0
	for {
		v,ok := <-ch1
		fmt.Println(v,ok)
		i++
		if i > 7 { //若不加这段代码，会一直读
			break
		}
	}
}
输出：
0 true
1 true
2 true
3 true
4 true
0 false
0 false
0 false

通道会阻塞goroutine
关闭一个只读channel是非法的，编译器直接报错
使用 v, ok <- ch 接收一个值。第二个遍历ok是可选的，它表示channel是否已关闭。接收值只会又两种结果，要么成功要么阻塞，而永远也不会引发panic
不同于array/slice/map上的for-range，channel的for-range只允许有一个变量

package main

import (
	"fmt"
)

func main()  {
	ch1 := make(chan int, 5) //缓冲信道
	go func() {
		for i := 0; i < 5; i++ {
			ch1 <- i
			if i >= 4 {
				close(ch1) //如果不加这句，会因为range一直读一个未关闭channel，而死锁
			}
		}
	}()
	for v := range ch1 { //一直接收channel数据，直到channel关闭
		fmt.Println(v)
	}
}

阻塞的Case

通道容量已满情况,执行写入
通道没有数据,执行读取
对于值为nil的通道，不论它的具体类型是什么，对它的发送操作和接收操作都会永久地处于阻塞状态。它们所属的 goroutine 中的任何代码，都不再会被执行.
对于值为nil的通道，若程序只有一个goroutine，向其中发送数据或接收数据，都会阻塞，程序会死锁；若程序有多个goroutine，只会阻塞那个向nil通道发送或接收数据的goroutine，程序不会panic

panic的Case

关闭已经关闭的channel
已经关闭的channel发送数据

单向通道

make(chan<- int, 1)
make(<-chan int, 1)

作用
a.作为函数参数，从而约束函数体内的行为；
b.作为函数返回值，从而约束返回后的行为；

//函数返回一个单向通道,那么该通道只能接收,不能发送
func getIntChan() <-chan int {
 ch := make(chan int, 5)
 for i := 0; i < 5; i++ {
 ch <- i
 }
 close(ch)
 return ch
}
func main() {
 ch := getIntChan()
 ch <- 6 //编译报错send to receive-only type <-chan int
}

正常通道关闭

从channel的接收协程队列中移除所有的goroutine，并唤醒它们。
从channel的接收协程队列中移除所有的goroutine，并唤醒它们。
一个已关闭的channel内部的缓冲数组可能不是空的，没有接收的这些值会导致channel对象永远不会被垃圾回收。

总结

如果channel关闭了，那么它的接收和发送协程队列必然空了，但是它的缓冲数组可能还没有空。
channel的接收协程队列和缓冲数组，同一个时间必然有一个是空的
channel的缓冲数组如果未满，那么它的发送协程队列必然是空的
对于缓冲型channel，同一时间它的接收和发送协程队列，必然有一个是空的
对于非缓冲型channel，一般来说同一时间它的接收和发送协程队列，也必然有一个是空的，但是有一个例外，那就是当它的发送操作和接收操作在同一个select块里出现的时候，两个队列都不是空的。

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描述

内部结构

分类

特性

阻塞的Case

panic的Case

单向通道

正常通道关闭

总结

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