Go 语言编程 — 并发 — Channel 通道

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Channel

channel（通道）是用来传递数据的一个数据结构。

通道可用于两个 goroutine 之间通过传递一个指定类型的数值，以此来同步运行及通讯。操作符 <- 用于指定通道的方向，根据位置的不同表示发送或接收。如果未指定方向，则为双向通道。

ch <- v    // 把 v 发送到通道 ch
v := <-ch  // 从 ch 接收数据并把值赋给 v

使用 chan 关键字来定义一个通道变量：

ch := make(chan int)

需要注意的是，默认情况下，通道是不自带缓冲区的。发送端发送数据，就必须同时存在接收端接收相应的数据。

以下示例通过两个 goroutine 来计算数字之和，在 goroutine 完成计算后，它会计算两个结果的和：

package main

import "fmt"

func sum(s []int, c chan int) {
    sum := 0
    for _, v := range s {
        sum += v
    }
    c<- sum    // 把 sum 发送到通道 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    // 从通道 c 中接收
    
    fmt.Println(x, y, x+y)
}

示例：生产者每秒生成一个字符串，并通过通道传给消费者，生产者使用两个 Goroutine 并发运行，消费者在 main() 函数的 Goroutine 中进行处理。

package main

import (
        "fmt"
        "math/rand"
        "time"
)

// 数据生产者
func producer(header string, channel chan<- string) {

     // 无限循环, 不停地生产数据
     for {

            // 将随机数和字符串格式化为字符串发送给通道
            channel <- fmt.Sprintf("%s: %v", header, rand.Int31())

            // 等待1秒
            time.Sleep(time.Second)
        }
}

// 数据消费者
func customer(channel <-chan string) {

     // 不停地获取数据
     for {

            // 从通道中取出数据, 此处会阻塞直到信道中返回数据
            message := <-channel

            // 打印数据
            fmt.Println(message)
        }
}

func main() {

    // 创建一个字符串类型的通道
    channel := make(chan string)

    // 创建producer()函数的并发goroutine
    go producer("cat", channel)
    go producer("dog", channel)

    // 数据消费函数
    customer(channel)
}

运行结果：

dog: 2019727887
cat: 1298498081
dog: 939984059
cat: 1427131847
cat: 911902081
dog: 1474941318
dog: 140954425
cat: 336122540
cat: 208240456
dog: 646203300

整段代码中，没有线程创建，没有线程池也没有加锁，仅仅通过关键字 “go” 实现 goroutine，和 channel 实现数据交换。

通道缓冲区

通道可以显式设置缓冲区，通过 make 的第二个参数指定缓冲区大小：

ch := make(chan int, 100)

带缓冲区的通道允许发送端的数据发送，和接收端的数据接收处于异步状态，就是说发送端发送的数据可以放在缓冲区里面，然后等待接收端去获取数据，而不是要求接收端立刻去获取数据。

需要注意的是，缓冲区的大小是有限的，所以还是必须要有接收端来接收数据，否则缓冲区一满，数据发送端就无法再发送数据了。

如果通道不带缓冲区，发送端会阻塞直到接收端从通道中接收了值。如果通道带缓冲，发送端则会阻塞直到发送的值被拷贝到缓冲区内；如果缓冲区已满，则意味着需要等待直到某个接收端获取到一个值。接收端在有值可以接收之前会一直阻塞。

package main

import "fmt"

func main() {
    // 这里我们定义了一个可以存储整数类型的带缓冲通道，缓冲区大小为 2。
    ch := make(chan int, 2)

    // 因为 ch 是带缓冲的通道，我们可以同时发送两个数据，而不用立刻需要去同步读取数据。
    ch <- 1
    ch <- 2

    // 获取这两个数据
    fmt.Println(<-ch)
    fmt.Println(<-ch)
}

遍历通道与关闭通道

通过 range 关键字还可以用于遍历通道数据类型变量，实现遍历读取到的数据。如果通道接收不到数据，ok 变量则为 false，这时通道就可以使用 close() 函数来关闭一个通道。

package main

import "fmt"

func fibonacci(n int, c chan int) {
    x, y := 0, 1
    for i := 0; i < n; i++ {
        c <- x
        x, y = y, x + y
    }
    close(c)
}

func main() {
    c := make(chan int, 10)
    go fibonacci(cap(c), c)

    /**
     * range 函数遍历每个从通道接收到的数据，
     * 因为 c 在发送完 10 个数据之后就关闭了通道，
     * 所以这里我们 range 函数在接收到 10 个数据之后就结束了。
     * 如果上面的 c 通道不关闭，那么 range 函数就不会结束，从而在接收第 11 个数据的时候就阻塞了。
     */
    for i := range c {
        fmt.Println(i)
    }
}