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Go channel 一

秋风醉了
 秋风醉了
发布于 2016/07/15 16:30
字数 2031
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Go channel 一

如果说goroutine是Go语言程序的并发单元的话,那么channels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。

使用内置的make函数,我们可以创建一个channel:

ch := make(chan int) // ch has type 'chan int'

两个相同类型的channel可以使用==运算符比较。如果两个channel引用的是相通的对象,那么比较的结果为真。一个channel也可以和nil进行比较。

一个channel有发送和接受两个主要操作,都是通信行为。

一个发送语句将一个值从一个goroutine通过channel发送到另一个执行接收操作的goroutine。发送和接收两个操作都是用<-运算符。在发送语句中,<-运算符分割channel和要发送的值。在接收语句中,<-运算符写在channel对象之前。一个不使用接收结果的接收操作也是合法的。

ch <- x  // a send statement
x = <-ch // a receive expression in an assignment statement
<-ch     // a receive statement; result is discarded

Channel还支持close操作,用于关闭channel,随后对基于该channel的任何发送操作都将导致panic异常。对一个已经被close过的channel之行接收操作依然可以接受到之前已经成功发送的数据;如果channel中已 经没有数据的话讲产生一个零值的数据。

使用内置的close函数就可以关闭一个channel:

close(ch)

以最简单方式调用make函数创建的时一个无缓存的channel,但是我们也可以指定第二个整形参数,对应channel的容量。如果channel的容量大于零,那么该channel就是带缓存的channel。

ch = make(chan int)    // unbuffered channel
ch = make(chan int, 0) // unbuffered channel
ch = make(chan int, 3) // buffered channel with capacity 3

不带缓存的Channels:使用Channel实现goroutine之间的通信

在上篇文章中讲过,如果main goroutine(主线程)退出就会打断所有的goroutine使程序退出,那么如何让一个goroutine告诉主线程“我执行结束了”,本质上就是如何让主线程阻塞,直到另一个goroutine执行结束。

使用channel实现如下,

package main

import (
	"fmt"
)

var ch chan int = make(chan int)

func loop() {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Printf("%d ", i)
	}

	ch <- 0 // 执行完毕,向channel 发送消息,表示执行完毕。发送消息是阻塞的
}

func main() {
	go loop() //并发执行
	<-ch      //从channel 接收消息,如果没有消息的话,就一直阻塞
}

无缓冲的 channel 工作过程: 一个基于无缓存Channels的发送操作将导致发送者goroutine阻塞,直到另一个goroutine在相同的Channels上执行接收操作,当发送的值通过Channels成功传输之后,两个goroutine可以继续执行后面的语句。反之,如果接收操作先发生,那么接收者goroutine也将阻塞,直到有另一个goroutine在相同的Channels上执行发送操作。

基于无缓存Channels的发送和接收操作将导致两个goroutine做一次同步操作。因为这个原因,无缓存Channels有时候也被称为同步Channels。

看到这里,感觉golang的channel就像Java中 SynchronousQueue 队列一样,队列本身并不存储任何元素,非常适合于传递性场景,比如在一个线程中使用的数据,传递给另外一个线程使用,put和take也是一个同步操作。

串联的Channels(Pipeline)

Channels也可以用于将多个goroutine链接在一起,一个Channels的输出作为下一个Channels的输入。这种串联的Channels就是所谓的管道(pipeline)。下面的程序用两个channels将三个goroutine串联起来,如图所示。

输入图片说明

第一个goroutine是一个计数器,用于生成0、1、2、……形式的整数序列,然后通过channel将该整数序列发送给第二个goroutine;第二个goroutine是一个求平方的程序,对收到的每个整数求平方,然后将平方后的结果通过第二个channel发送给第三个goroutine;第三个goroutine是一个打印程序,打印收到的每个整数。为了保持例子清晰,我们有意选择了非常简单的函数,当然三个goroutine的计算很简单,在现实中确实没有必要为如此简单的运算构建三个goroutine。

package main

import (
	"fmt"
)

func main() {

	naturals := make(chan int)
	squares := make(chan int)

	// 向信道 naturals 发送消息
	go func() {
		for x := 0; ; x++ { //死循环
			naturals <- x
		}
	}()

	go func() {
		for { //死循环
			x := <-naturals //只有当发送消息后,才能接收成功。naturals 信道发送和接收消息都是同步的。
			squares <- x * x
		}
	}()

	// Printer (in main goroutine)
	for { //死循环
		fmt.Println(<-squares)
	}

}

从上面代码可以看到,每个goroutine中都有一个死循环来发送和接收消息。现在我们希望通过Channels只发送有限的数列该如何处理呢?

如果发送者知道,没有更多的值需要发送到channel的话,那么让接收者也能及时知道没有多余的值可接收将是有用的,因为接收者可以停止不必要的接收等待。这可以通过内置的close函数来关闭channel实现:

close(naturals)

**当一个channel被关闭后,再向该channel发送数据将导致panic异常。**当一个被关闭的channel中已经发送的数据都被成功接收后,后续的接收操作将不再阻塞,它们会立即返回一个零值。关闭上面例子中的naturals变量对应的channel并不能终止循环,它依然会收到一个永无休止的零值序列,然后将它们发送给打印者goroutine。

**没有办法直接测试一个channel是否被关闭,但是接收操作有一个变体形式:它多接收一个结果,多接收的第二个结果是一个布尔值ok,ture表示成功从channels接收到值,false表示channels已经被关闭并且里面没有值可接收。**使用这个特性,我们可以修改squarer函数中的循环代码,当naturals对应的channel被关闭并没有值可接收时跳出循环,并且也关闭squares对应的channel.

// Squarer
go func() {
    for {
        x, ok := <-naturals
        if !ok {
            break // channel was closed and drained
        }
        squares <- x * x
    }
    close(squares)
}()

因为上面的语法是笨拙的,而且这种处理模式很场景,因此Go语言的range循环可直接在channels上面迭代。使用range循环是上面处理模式的简洁语法,它依次从channel接收数据,当channel被关闭并且没有值可接收时跳出循环。

在下面的改进中,我们的计数器goroutine只生成100个含数字的序列,然后关闭naturals对应的channel,这将导致计算平方数的squarer对应的goroutine可以正常终止循环并关闭squares对应的channel。(在一个更复杂的程序中,可以通过defer语句关闭对应的channel。)最后,主goroutine也可以正常终止循环并退出程序。

func main() {
    naturals := make(chan int)
    squares := make(chan int)

    // Counter
    go func() {
        for x := 0; x < 100; x++ {
            naturals <- x
        }
        close(naturals)
    }()

    // Squarer
    go func() {
        for x := range naturals {
            squares <- x * x
        }
        close(squares)
    }()

    // Printer (in main goroutine)
    for x := range squares {
        fmt.Println(x)
    }
}

其实你并不需要关闭每一个channel。不管一个channel是否被关闭,当它没有被引用时将会被Go语言的垃圾自动回收器回收。(不要将关闭一个打开文件的操作和关闭一个channel操作混淆。对于每个打开的文件,都需要在不使用的使用调用对应的Close方法来关闭文件。)

试图重复关闭一个channel将导致panic异常,试图关闭一个nil值的channel也将导致panic异常。

======END======

© 著作权归作者所有

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