Go语言中通道(channel)用于goroutine通信

通道是用来传递数据的一个数据结构。从设计上确保,在同一时刻只有一个 goroutine 能从中接收或放入数据。发送和接收都是原子操作,不会中断。

Go语言中的通道(channel)是一种特殊的类型。在任何时候,同时只能有一个 goroutine 访问通道进行发送和获取数据。goroutine 间通过通道就可以通信。

通道可用于两个 goroutine 之间通过传递一个指定类型的值来同步运行和通讯。操作符 <- 用于指定通道的方向,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

声明通道类型

通道本身需要一个类型进行修饰,就像切片类型需要标识元素类型。通道的元素类型就是在其内部传输的数据类型,声明如下:

var 通道变量 chan 通道类型

chan 类型的空值是 nil,声明后需要配合 make 后才能使用。

创建通道

声明一个通道,使用chan关键字即可,通道在使用前必须先创建,通道是引用类型,需要使用 make 进行创建:

通道实例 := make(chan 数据类型)

数据类型:通道内传输的元素类型。通道实例:通过make创建的通道句柄。

示例:

ch1 := make(chan int)                 // 创建一个整型类型的通道
ch2 := make(chan interface{}) // 创建一个空接口类型的通道, 可以存放任意格式

type Equip struct{ /* 字段 */ }
ch2 := make(chan *Equip) // 创建Equip指针类型的通道, 可以存放*Equip

goroutine

Go 语言支持并发,我们只需要通过 go 关键字来开启 goroutine 即可。goroutine 是轻量级线程,goroutine 的调度是由 Golang 运行时进行管理的。

Go 允许使用 go 语句开启一个新的运行期线程, 即 goroutine,以一个不同的、新创建的 goroutine 来执行一个函数。 同一个程序中的所有 goroutine 共享同一个地址空间。

例如:

go a(x, y, z) 

这样就开启了一个新的 goroutine。

示例:

func say(s string) {
for i := 0; i < 5; i++ {
time.Sleep(100 * time.Millisecond)
fmt.Println(s)
}
}

func main() {
go say("world")
say("hello")
}

sync.waitGroup
等待所有goroutine执行完成,并且阻塞主线程的执行,直到所有的goroutine执行完成。

GOMAXPROCS
调用 runtime.GOMAXPROCS() 用来设置可以并行计算的CPU核数的最大值,并返回之前的值。

通道

如果说 goroutine 是 Go语言程序的并发体的话,那么 channels 就是它们之间的通信机制。一个 channels 是一个通信机制,它可以让一个 goroutine 通过它给另一个 goroutine 发送值信息。每个 channel 都有一个特殊的类型,也就是 channels 可发送数据的类型。一个可以发送 int 类型数据的 channel 一般写为 chan int。

Go语言提倡使用通信的方法代替共享内存,当一个资源需要在 goroutine 之间共享时,通道在 goroutine 之间架起了一个管道,并提供了确保同步交换数据的机制。
声明通道时,需要指定将要被共享的数据的类型。可以通过通道共享内置类型、命名类型、结构类型和引用类型的值或者指针。

这里通信的方法就是使用通道(channel),如下图所示:

Go语言中通道(channel)用于goroutine通信
在地铁站、食堂、洗手间等公共场所人很多的情况下,大家养成了排队的习惯,目的也是避免拥挤、插队导致的低效的资源使用和交换过程。
代码与数据也是如此,多个 goroutine 为了争抢数据,势必造成执行的低效率,使用队列的方式是最高效的,channel 就是一种队列一样的结构。

通道用途
使用通道来同步goroutine使用异步管道来保护临界资源(令牌 谁拿到了才能用,使用完退回管道)用管道来发送事件
同步通道

缓冲长度为0的channel称为同步管道,可以用来同步两个routine

发送操作被阻塞,直到接收端准备好接收接收操作被阻塞,直到发送端准备好发送
异步通道

缓冲长度大于0的channel称为异步管道。异步 channel,就是给 channel 设定个 buffer 值

在 buffer 未填满的情况下 ,不阻塞发送操作。在buffer 未读完前,不阻塞接收操作。

通过 range 关键字来实现遍历读取到的数据,类似于与数组或切片。格式如下:

v, ok := <-ch 

如果通道接收不到数据后 ok 就为 false,这时通道就可以使用 close() 函数来关闭。

示例:

    // 声明通道
ch := make(chan int)

var ch1 chan int // ch1是一个正常的channel,不是单向的
var ch2 chan<- float64 // ch2是单向channel,只用于写float64数据
var ch3 <-chan int // ch3是单向channel,只用于读取int数据

// 通道可以设置缓冲区,通过 make 的第二个参数指定缓冲区大小

ch := make(chan int, 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)

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)
}
}

执行结果为:

0
1
1
2
3
5
8
13
21
34

通道缓冲区

默认情况下,通道是不带缓冲区的。发送端发送数据,同时必须有接收端相应的接收数据。

通道可以设置缓冲区,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获取处于异步状态,就是说发送端发送的数据可以放在缓冲区里面,可以等待接收端去获取数据,而不是立刻需要接收端去获取数据。

不过由于缓冲区的大小是有限的,所以还是必须有接收端来接收数据的,否则缓冲区一满,数据发送端就无法再发送数据了。

注意:
如果通道不带缓冲,发送方会阻塞直到接收方从通道中接收了值。如果通道带缓冲,发送方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方获取到一个值。接收方在有值可以接收之前会一直阻塞。

示例:

package main

import "fmt"

func main() {

//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)

}

执行结果为:

1
2

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