从Deadlock报错理解Go_channel机制（二）

上一篇主要讨论了无缓冲信道遭遇死锁的几种情况，这篇文章我们继续讨论信道的另一种类型——缓冲信道（buffered channel）。

基本性质

缓冲信道顾名思义，就是带有缓冲区（buffered）的信道。缓冲区作为数据的临时存储区域，可以作为数据的临时存放空间。初始化如下：

var ch = make(chan int, 1)

make的第二个参数代表缓冲区的长度，也就是说，信道ch在接收到第一个消息的时候不会挂起，它会把消息存到缓冲区中等待接收的goroutine将其提走。如果此时未提走而新的消息到达，信道将会阻塞并挂起。

更详细地举个例子：

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3
}

在这段代码中，信道ch可以缓存三个数据，在流入一个数据main函数将挂起并返回死锁错误。

缓冲信道和无缓冲信道的一个区别在于，在没有满容量的时候，缓冲信道可以在同一个goroutine中完成数据的传输和提取：

import "fmt"

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3
    
    fmt.Println(<-ch)
    fmt.Println(<-ch)
    fmt.Println(<-ch)
}

结合前文提到信道的队列属性，这带来的好处是，在未满容量的情况下，缓冲信道可以作为线程安全的队列使用。

信道消息的读取模式

接收信道数据的方式除了一个一个读取（如上示例代码）之外，Go还提供了range关键字：

import "fmt"

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3
    
    // close(ch)

    for value := range ch {
        fmt.Println(value)
    }
}

然而上述代码在执行完毕后会报deadlock的错误，其原因在于range不会自动检测信道是否干涸（drained），在提取完全部数据后，再次提取会使main函数挂起。解决方案也有两个，第一个是在for循环中设置长度检测，如果信道buffer为空则跳出循环；第二种是在接受完全部数据后关闭信道。这里值得注意的一点是，关闭状态的信道永远不会阻塞。

第二种方法揭示了信道的另一个特性：对于关闭的信道无法再接收新的数据，但是可以尝试提取其中存留的数据。

容量为1的缓冲信道

根据信道的特性我们不难发现，如果将信道容量设置为1，我们可以利用它作为信号量（semaphore）来保护共享变量（shared variable）的线程安全。

// gop1.io/ch9/bank2

var (
    sema = make(chan struct{}, 1)
    balance int
)

func Deposit(amount int) {
    sema <- struct{} // acquire token
    balance = balance + amount
    <- sema // release token
}

func Balance() int {
    sema <- struct{} // acquire token
    b := balance
    <-sema // release token
    return b
}

这种为共享变量加的锁我们称之为二元信号量（binary semaphore）。由于二元信号量十分有用，Go甚至提供了专门的sync库帮助我们更方便地使用锁。上述代码可以改写如下：

import "sync"

var (
    mu sync.Mutex // guards balance
    balance int
)

func Deposit(amount int) {
    mu.Lock()
    balance = balance + amount
    mu.Unlock()
}

func Balance() int {
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
    
    // maybe more operations here
    
    return balance
}

Balance函数中我们利用defer防止因error或者panic导致锁未解除。

Reference: Donovan, Alan AA, and Brian W. Kernighan. The Go programming language. Addison-Wesley Professional, 2015.

-完-