Golang Channel 详细原理和使用技巧

Golang Channel 详细原理和使用技巧

Channel 详解

Channel 简要说明

Channel(一般简写为 chan) 管道提供了一种机制，它在两个并发执行的协程之间进行同步，并通过传递与该管道元素类型相符的值来进行通信。Channel 是用来在不同的 goroutine 中交换数据的，千万不要把 Channel 拿来在同一个 goroutine 中的不同函数之间间交换数据，chan 可以理解为一个管道或者先进先出的队列。

Channel 类型定义

最简单形式：chan elementType，通过这个类型的值，你可以发送和接收elementType 类型的元素。Channel 是引用类型，如果将一个 chan 变量赋值给另外一个，则这两个变量访问的是相同的 chann。

当然，我们可以用 make 分配一个channel：var c = make(chan int)

Channel 操作符<-和操作方式

通信操作符 <-的箭头指示数据流向，箭头指向哪里，数据就流向哪里，它是一个二元操作符，可以支持任意类型，对于 channel 的操作只有４种方式：

• 创建 channel (通过make()函数实现，包括无缓存 channel 和有缓存 channel);
• 向 channel 中添加数据（channel<-data）;
• 从 channel 中读取数据（data<-channel）;
  • data<-channel， 从 channel 中接收数据并赋值给 data
  • <-channel，从 channel 中接收数据并丢弃
• 关闭 channel(通过 close()函数实现）
  • 读取关闭后的无缓存通道，不管通道中是否有数据，返回值都为 0 和 false。
  • 读取关闭后的有缓存通道，将缓存数据读取完后，再读取返回值为 0 和 false。
  • 对于一个关闭的 channel，如果继续向 channel 发送数据，会引起 panic
  • channel 不能 close 两次，多次 close 会 panic

Channel 有无缓冲 & 同步、异步

channel 分为有缓冲 channel 和无缓冲 channel，两种 channel 的创建方法如下:

• var ch = make(chan int) //无缓冲 channel,等同于make(chan int ,0)，是一个同步的 Channel

  • 无缓冲 channel 在读和写的过程中是都会阻塞，由于阻塞的存在，所以使用 channel 时特别注意使用方法，防止死锁和协程泄漏的产生。
  • 无缓冲 channel 的发送动作一直要到有一个接收者接收这个值才算完成，否则都是阻塞着的，也就是说，发送的数据需要被读取后，发送才会完成
  • 一般要配合 select + timeout 处理，然后再在这里添加超时时间

• var ch = make(chan int,10) //有缓冲channel,缓冲大小是10，是一个异步的Channel

  • 带缓存的 channel 实际上是一个阻塞队列。队列满时写协程会阻塞，队列空时读协程阻塞。
  • 有缓冲的时候，写操作是写完之后直接返回的。相对于不带缓存 channel，带缓存 channel 不易造成死锁。

Channel 各种操作导致阻塞和协程泄漏的场景

写操作，什么时候会被阻塞？

• 向 nil 通道发送数据会被阻塞
• 向无缓冲 channel 写数据，如果读协程没有准备好，会阻塞
  • 无缓冲 channel ，必须要有读有写，写了数据之后，必须要读出来，否则导致 channel 阻塞，从而使得协程阻塞而使得协程泄漏
  • 一个无缓冲 channel，如果每次来一个请求就开一个 go 协程往里面写数据，但是一直没有被读取，那么就会导致这个 chan 一直阻塞，使得写这个 chan 的 go 协程一直无法释放从而协程泄漏。
• 向有缓冲 channel 写数据，如果缓冲已满，会阻塞
  • 有缓冲的 channel，在缓冲 buffer 之内，不读取也不会导致阻塞，当然也就不会使得协程泄漏，但是如果写数据超过了 buffer 还没有读取，那么继续写的时候就会阻塞了。如果往有缓冲的 channel 写了数据但是一直没有读取就直接退出协程的话，一样会导致 channel 阻塞，从而使得协程阻塞并泄漏。

读操作，什么时候会被阻塞？

• 从 nil 通道接收数据会被阻塞
• 从无缓冲 channel 读数据，如果写协程没有准备好，会阻塞
• 从有缓冲 channel 读数据，如果缓冲为空，会阻塞

close 操作，什么时候会被阻塞？

• close channel 对 channel 阻塞是没有任何效果的，写了数据但是不读，直接 close，还是会阻塞的。

Channel 各种操作对应的状态

• 正常的 channel，可读、可写
• nil 的 channel，表示未初始化的状态，只进行了声明，或者手动赋值为 nil
• 已经 closed 的 channel，表示已经 close 关闭了，千万不要误认为关闭 channel 后，channel 的值是 nil
  

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Channel 长度和容量

容量(capacity)代表 Channel 容纳的最多的元素的数量，代表Channel的缓存的大小。如果没有设置容量，或者容量设置为0, 说明 Channel 没有缓存，长度和容量的两个函数是 cap 和 len 。

示例如下：

c := make(chan int, 100) // cap 就是 100，但是此时 len 为 0
c <- 0  // len = 1， cap = 100
c <- 0  // len = 2， cap = 100
<- c    // len = 1， cap = 100

Channel 的缺点

Channel 的缺点：

1. Channel 可能会导致循环阻塞或者协程泄漏，这个是最最最要重点关注的。

2. Channel 中传递指针会导致数据竞态问题（data race/ race conditions）

3. Channel 中传递的都是数据的拷贝，可能会影响性能，但是就目前我们的机器性能来看，这点数据拷贝所带来的 CPU 消耗，大多数的情况下可以忽略。

Go Channel 实现协程同步

channel 实现并发同步的说明

channel 作为 Go 并发模型的核心思想：不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存，那么在 Go 里面，当然也可以很方便通过 channel 来实现协程的并发和同步了，并且 channel 本身还可以支持有缓冲和无缓冲的，通过 channel + timeout 实现并发协程之间的同步也是常见的一种使用姿势。

无缓冲 chan 示例

示例如下：

package main
import "fmt"
func main() {
     var ch = make(chan string)
     for i := 0; i < 10; i++ {
             go sum(i, i+10, ch)
     }
     for i := 0; i < 10; i++ {
             fmt.Print(<-ch)
     }
}
func sum(start, end int, ch chan string) {
     var sum int = 0
     for i := start; i < end; i++ {
             sum += i
     }
     ch <- fmt.Sprintf("Sum from %d to %d is %d\n", start, end, sum)
}

有缓冲 chan 示例

	message_chan := make(chan int, 2)

	go func() {
		time.Sleep(time.Second * 3)
		println("start recv...")
		println(<-message_chan)
		println(<-message_chan)
		println(<-message_chan)
		println("finish recv...")
	}()

	println("start send 10...")
	message_chan <- 10

	println("start send 20...")
	message_chan <- 20

	println("start send 30...")
	message_chan <- 30

	println("finish send...")

	time.Sleep(time.Second * 3)
	close(message_chan)

参考

Channels in Go

How to Gracefully Close Channels

总结了才知道，原来channel有这么多用法！

最后

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