浅析 go channel

channel 是 goroutine 之间通信的一种方式，可以类比成 Unix 中的进程的通信方式管道。

channel 是 go 中最核心的 feature 之一，因此理解 Channel 的原理对于学习和使用 go 非常重要。

CSP 模型

传统的并发模型主要分为 Actor 模型和 CSP 模型.

CSP 模型由并发执行实体(进程，线程或协程)，和消息通道组成，实体之间通过消息通道发送消息进行通信

Go 语言的并发模型参考了 CSP 理论，其中执行实体对应的是 goroutine，消息通道对应的就是 channel。

channel 介绍

channel 创建

channel 使用内置的 make 函数创建，下面声明了一个 chan int 类型的 channel:
ch := make(chan int)

channel 的读写操作

ch := make(chan int)

// write to channel
ch <- x

// read from channel
x <- ch

// another way to read
x = <- ch

注意： channel 一定要初始化后才能进行读写操作，否则会永久阻塞。

channel 关闭

ch := make(chan int)

close(ch)

有关 channel 的关闭，你需要注意以下事项:

关闭一个未初始化(nil) 的 channel 会产生 panic
重复关闭同一个 channel 会产生 panic
向一个已关闭的 channel 中发送消息会产生 panic
确保通道写安全的最好方式是由负责写通道的协程自己来关闭通道，读通道的协程不要去关闭通道。
从已关闭的 channel 读取消息不会产生 panic，且能读出 channel 中还未被读取的消息，若消息均已读出，则会读到类型的零值。从一个已关闭的 channel 中读取消息永远不会阻塞，并且会返回一个为 false 的 ok-idiom，可以用它来判断 channel 是否关闭
关闭 channel 会产生一个广播机制，所有向 channel 读取消息的 goroutine 都会收到消息

ch := make(chan int, 10)
ch <- 11
ch <- 12

close(ch)

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

x, ok := <- ch
fmt.Println(x, ok)


-----
output:

11
12
0 false

channel 的类型

channel 分为不带缓存的 channel 和带缓存的 channel。

无缓存的 channel

从无缓存的 channel 中读取消息会阻塞，直到有 goroutine 向该 channel 中发送消息；同理，向无缓存的 channel 中发送消息也会阻塞，直到有 goroutine 从 channel 中读取消息。

有缓存的 channel

有缓存的 channel 的声明方式为指定 make 函数的第二个参数，该参数为 channel 缓存的容量

ch := make(chan int, 10)

通过 len 函数可以获得 chan 中的元素个数，通过 cap 函数可以得到 channel 的缓存长度。

有缓存的 channel 类似一个阻塞队列(采用环形数组实现)。当缓存未满时，向 channel 中发送消息时不会阻塞，当缓存满时，发送操作将被阻塞，直到有其他 goroutine 从中读取消息；相应的，当 channel 中消息不为空时，读取消息不会出现阻塞，当 channel 为空时，读取操作会造成阻塞，直到有 goroutine 向 channel 中写入消息。

ch := make(chan int, 3)

// blocked, read from empty buffered channel
<- ch

ch := make(chan int, 3)
ch <- 1
ch <- 2
ch <- 3

// blocked, send to full buffered channel
ch <- 4

channel 的用法

range 遍历

channel 使用 range 取值，并且会一直从 channel 中读取数据, 直到有 goroutine 对改 channel 执行 close 操作，循环才会结束。

// consumer worker
ch := make(chan int, 10)
for x := range ch{
    fmt.Println(x)
}

等价于

for {
    x, ok := <- ch
    if !ok {
        break
    }
    
    fmt.Println(x)
}

配合 select 使用

可以同时监听多个 channel 的消息状态

select {
    case <- ch1:
    ...
    case <- ch2:
    ...
    case ch3 <- 10;
    ...
    default:
    ...
}

select 可以同时监听多个 channel 的写入或读取
执行 select 时，若只有一个 case 通过(不阻塞)，则执行这个 case 块
若有多个 case 通过，则随机挑选一个 case 执行
若所有 case 均阻塞，且定义了 default 模块，则执行 default 模块。若未定义 default 模块，则 select 语句阻塞，直到有 case 被唤醒。
使用 break 会跳出 select 块

1. 设置超时时间

ch := make(chan struct{})

// finish task while send msg to ch
go doTask(ch)

timeout := time.After(3 * time.Second)  //func After(d Duration) <-chan Time 
select {
    case <- ch:
        fmt.Println("task finished.")
    case <- timeout:
        fmt.Println("task timeout.")
}

2. quite channel

有一些场景中，一些 worker goroutine 需要一直循环处理信息，直到收到 quit 信号

msgCh := make(chan struct{})
quitCh := make(chan struct{})
for {
    select {
    case <- msgCh:
        doWork()
    case <- quitCh:
        finish()
        return
}

最后写个demo，大家猜猜运行结果：

var ch chan int
ch = make(chan int,3)

ch <- 1
ch <- 2
fmt.Println("chan len",len(ch))

var wg sync.WaitGroup
wg.Add(1)

go func(){
    for {
        var b int
        b, ok := <-ch
        fmt.Println("chan out",b,ok)
        if ok == false {
            fmt.Println("chan is close")
            break
        }
    }
    // 等价于：
    //for b := range ch{
    //  fmt.Println("chan out",b)
    //}

    fmt.Println("chan done")
    wg.Done()
}()

for i := 0; i < 10; i++ {
    ch <- i
    if i==5{
        time.Sleep(2*time.Second)
    }
}
close(ch)
wg.Wait()
  
-----
output:

chan len 2
chan out 1 true
chan out 2 true
chan out 0 true
chan out 1 true
chan out 2 true
chan out 3 true
chan out 4 true
chan out 5 true
chan out 6 true
chan out 7 true
chan out 8 true
chan out 9 true
chan out 0 false
chan is close
chan done

go channel