golang的Channel

golang的Channel

Channel 是 golang 一个非常重要的概念，如果你是刚开始使用 golang 的开发者，你可能还没有真正接触这一概念，本篇我们将分析 golang 的Channel

1. 引入

要讲 Channel 就避不开 Goroutine -- 协程。闲话不说， 直接上个例子

Goroutine demo：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    origin := 1
    go doSomeCompute(origin)
    time.Sleep(5 * time.Second)
}

func doSomeCompute(num int) {
    result := num * 2
    fmt.Println(result)
    return
}

简单来说，例子中有一个 main 的协程，一个 doSomeCompute 的协程。还有个延时退出的方法等待计算协程计算结果。我们尝试思考这个例子的一些问题：

a. 如何获取 doSomeCompute 的计算结果？

b. 如何获取 doSomeCompute 的执行状态，当前是执行完了还是执行中？

如何解决这种问题呢？

Channel！

2. Channel

Channel怎么处理上面的问题？我们直接上代码：

举例

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    origin := 1
    //一个无缓冲Channel
    res := make(chan int)
    go doSomeCompute(origin,res)
    fmt.Println(<-res)
}

func doSomeCompute(num int,res chan int) {
    result := num * 2
    res <- result
}

例子中，Channel 充当起了协程间通信的桥梁。Channel 可以传递到协程说明它是线程安全的，事实也是如此。Channel 可以理解为管道，协程 doSomeCompute 向 Channel 写入结果， main 中读取结果。注意，例子中读取 Channel 的地方会阻塞直到拿到计算结果，这样就解决了问题 a 和 b。

2. Channel 的方向性

上面的例子中，计算协程是负责计算并将计算结果写入 Channel ，如果我们希望保证计算协程不会从 Channel 中读取数据该怎么处理？很简单，看例子：

func doSomeCompute(num int,res chan<- int) {
    result := num * 2
    res <- result
}

这个参数的声明 chan<- int 就表示该函数只能讲数据写入 Channel ，而不能从中读取数据。后面的 int 表示 Channel 中数据的格式。同样的， 只可以读取数据的 Channel 可以声明为 <-chan int 。而例子中不带有方向声明的 Channel 则既可以写入也可以读取。

3. 阻塞性质

Channel 的读取和写入操作在各自的协程内部都是阻塞的。比如例子中 fmt.Println(<-res) ， 这一语句会阻塞直至计算协程将计算结果放入，可以读出。也就是说，协程会阻塞直至从 res 中读出数据。

注意，无缓冲的 Channel 的读写都是阻塞的，有缓冲的 Channel 可以一直向里面写数据，直到缓存满才会阻塞。读取数据同理， 直至 Channel 为空才阻塞。

用一个典型的例子来说明缓冲和非缓冲 Channel 的区别：

package main

import "fmt"

func doSomeCompute(ch chan int) {
    fmt.Println("deadlock test")
    <- ch
}

func main() {
    ch := make(chan int)
    ch <- 1
    go doSomeCompute(ch)
}

例子中，main 协程会向 ch 写入数据， 这一过程是阻塞的，也就是说，doSomeCompute 协程无法执行，程序死锁。输出如下：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
    C:/mygo/src/demo/blog.go:12 +0x73
exit status 2

如果改成有缓冲的 Channel ：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func doSomeCompute(ch chan int) {
    fmt.Println("deadlock test")
    <- ch
}

func main() {
    ch := make(chan int,1)
    ch <- 1
    go doSomeCompute(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

有与有缓冲的 Channel 写入后不阻塞（下一次写入才会阻塞），程序会继续执行。

4. Channel 的数据结构

Channel 在 golang 中实际上就是个数据结构。在 Golang 源码中， Channel 的数据结构 Hchan 的定义如下：

struct  Hchan
{
    uint32  qcount;         // total data in the q
    uint32  dataqsiz;       // size of the circular q
    uint16  elemsize;
    bool    closed;
    uint8   elemalign;
    Alg*    elemalg;        // interface for element type
    uint32  sendx;          // send index
    uint32  recvx;          // receive index
    WaitQ   recvq;          // list of recv waiters
    WaitQ   sendq;          // list of send waiters
    Lock;
};

时间仓促，这次对 Channel 介绍写的有点简单粗暴，下次再写。

（编辑：李大同）

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