Go 只读通道/只写通道/有缓冲通道/无缓冲通道【深度解析】

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这是一个创建于 的文章,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

引言

Goroutine 和 Channel 是 Go 语言并发编程的两大基石。Goroutine 用于执行并发任务,Channel 用于 goroutine 之间的同步、通信。

在Golang的并发哲学里,有一句非常著名的话:

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.

意思是:不要通过共享内存来通信,而要通过通信来实现内存共享,它依赖CSP(Communication Sequence Process) 模型,简称通信顺序进程。

Go提倡使用通信的方法代替共享内存,当一个Goroutine需要和其他Goroutine资源共享时,Channel就会在他们之间架起一座桥梁,并提供确保安全同步的机制。

图片

Channel本质上还是一个队列,遵循FIFO(First In-First Out)原则,

创建通道

创建通道需要用到关键字make,格式如下:

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。

使用通道

通道创建后,就可以使用通道进行发送和接收操作。

写入

通道的写入使用特殊的操作符<-,将数据通过通道发送的格式为:

通道变量 <- 值

(可以简单理解为箭头方向为传递的值最终去向)

// 创建一个空接口通道
ch := make(chan interface{})
// 将0放入通道中
ch <- 0
// 将hello字符串放入通道中
ch <- "hello"

读取

通道的读取同样使用<-操作符,通道接收有如下特性:

  1. 通道的收发操作在不同的两个 goroutine 间进行。
  2. 由于通道的数据在没有接收方处理时,数据发送方会持续阻塞,因此通道的接收必定在另外一个 goroutine 中进行。
  3. 接收将持续阻塞直到发送方发送数据。

通道的数据接收一共有以下 4 种写法:

1) 阻塞式接收

阻塞模式接收数据时,接收值只有一个,格式如下:

data := <-ch

执行该语句时程序将会阻塞,直到接收到数据并赋值给 data 变量。
2) 非阻塞接收数据

使用非阻塞方式从通道接收数据时,语句不会发生阻塞,格式如下:

data, ok := <-ch

data:表示接收到的数据。未接收到数据时,data 为通道类型的零值。
ok:表示是否接收到数据。

特点:非阻塞的通道接收方法可能造成高的 CPU 占用,不建议这么使用。

3) 忽略接收的数据

忽略从通道返回的任何数据,格式如下:

<-ch

特点:该方法也是阻塞的,必须等到通道返回了程序才会继续往下走。
4) 循环接收

通道的数据接收可以借用 for range 语句进行多个元素的接收操作,格式如下:

for data := range ch {
    // do sth.
}

通道 ch 是可以进行遍历的,遍历的结果就是接收到的数据。数据类型就是通道的数据类型。通过 for 遍历获得的变量只有一个,即上面例子中的 data。

通道类型

只读/只写通道

一般来说,通道都是双向的,即数据可以进入和输出。但是,为了符合某些特殊业务场景,官方还提供了只支持读(Read Only)或只支持写(Write Only)的通道,格式如下:

//定义只读通道
ch_r := <-chan interface{}
//定义只写通道
ch_w := <-chan interface{}

有缓冲通道

Go语言中有缓冲的通道(buffered channel)是一种在被接收前能存储一个或者多个值的通道。这种类型的通道并不强制要求 goroutine 之间必须同时完成发送和接收。通道会阻塞发送和接收动作的条件也会不同。只有在通道中没有要接收的值时,接收动作才会阻塞。只有在通道没有可用缓冲区容纳被发送的值时,发送动作才会阻塞。

有缓冲通道的定义方式如下:

通道实例 := make(chan 通道类型, 缓冲大小)
  • 通道类型:和无缓冲通道用法一致,影响通道发送和接收的数据类型。
  • 缓冲大小:决定通道最多可以保存的元素数量。
  • 通道实例:被创建出的通道实例。

下面我借用以下的图片来说明下这个通道原理

图片

  1. 左边的goroutine不断的往通道中塞数据
  2. 右边的goroutine不断的从通道中拿数据
  3. 一个读/一个写,同步作业
  4. 左边的goroutine全部数据已经放完了,但此时通道中还剩余数据,所有右边的goroutine还在工作

无缓冲通道

Go语言中无缓冲的通道(unbuffered channel)是指在接收前没有能力保存任何值的通道。这种类型的通道要求发送 goroutine 和接收 goroutine 同时准备好,才能完成发送和接收操作。

无缓冲通道的定义方式如下:

通道实例 := make(chan 通道类型)
  • 通道类型:和无缓冲通道用法一致,影响通道发送和接收的数据类型。
  • 缓冲大小:0
  • 通道实例:被创建出的通道实例。

为了讲得更清楚一些,我也找了一张额外的图来说明:

图片

在第 1 步,两个 goroutine 都到达通道,但哪个都没有开始执行发送或者接收。在第 2 步,左侧的 goroutine 将它的手伸进了通道,这模拟了向通道发送数据的行为。这时,这个 goroutine 会在通道中被锁住,直到交换完成。在第 3 步,右侧的 goroutine 将它的手放入通道,这模拟了从通道里接收数据。这个 goroutine 一样也会在通道中被锁住,直到交换完成。在第 4 步和第 5 步,进行交换,并最终在第 6 步,两个 goroutine 都将它们的手从通道里拿出来,这模拟了被锁住的 goroutine 得到释放。两个 goroutine 现在都可以去做别的事情了。

总结

GoLang的通道是支撑并发系统稳定高效运行的重要工具,只有充分了解了它,才能在业务开发和问题排查中找到最关键的方案。知己知彼,百战不殆。


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1 回复  |  直到 2020-03-24 07:00:52
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