从零学习 Go 语言（25）：详解信道/通道

 在线博客：http://golang.iswbm.com/ Github：https://github.com/iswbm/GolangCodingTime --- Go 语言之所以开始流行起来，很大一部分原因是因为它自带的并发机制。 如果说 goroutine 是 Go语言程序的并发体的话，那么 channel（信道） 就是 它们之间的通信机制。channel，是一个可以让一个 goroutine 与另一个 goroutine 传输信息的通道，我把他叫做信道，也有人将其翻译成通道，二者都是一个概念。 信道，就是一个管道，连接多个goroutine程序 ，它是一种队列式的数据结构，遵循先入先出的规则。 ## 1. 信道的定义与使用 每个信道都只能传递一种数据类型的数据，所以在你声明的时候，你得指定数据类型（string int 等等） ```go var 信道实例 chan 信道类型 // 定义容量为10的信道 var 信道实例 [10]chan 信道类型 ``` 声明后的信道，其零值是nil，无法直接使用，必须配合make函进行初始化。 ```go 信道实例 = make(chan 信道类型) ``` 亦或者，上面两行可以合并成一句，以下我都使用这样的方式进行信道的声明 ```go 信道实例 := make(chan 信道类型) ``` 假如我要创建一个可以传输int类型的信道，可以这样子写。 ```go // 定义信道 pipline := make(chan int) ``` 信道的数据操作，无非就两种：发送数据与读取数据 ```go // 往信道中发送数据 pipline<- 200 // 从信道中取出数据，并赋值给mydata mydata := <-pipline ``` 信道用完了，可以对其进行关闭，避免有人一直在等待。但是你关闭信道后，接收方仍然可以从信道中取到数据，只是接收到的会永远是 0。 ```go close(pipline) ``` 对一个已关闭的信道再关闭，是会报错的。所以我们还要学会，如何判断一个信道是否被关闭？ 当从信道中读取数据时，可以有多个返回值，其中第二个可以表示 信道是否被关闭，如果已经被关闭，ok 为 false，若还没被关闭，ok 为true。 ```go x, ok := <-pipline ``` ## 2. 信道的容量与长度 一般创建信道都是使用 make 函数，make 函数接收两个参数 - 第一个参数：必填，指定信道类型 - 第二个参数：选填，不填默认为0，指定信道的**容量**（可缓存多少数据） 对于信道的容量，很重要，这里要多说几点： - 当容量为0时，说明信道中不能存放数据，在发送数据时，必须要求立马有人接收，否则会报错。此时的信道称之为**无缓冲信道**。 - 当容量为1时，说明信道只能缓存一个数据，若信道中已有一个数据，此时再往里发送数据，会造成程序阻塞。 利用这点可以利用信道来做锁。 - 当容量大于1时，信道中可以存放多个数据，可以用于多个协程之间的通信管道，共享资源。 至此我们知道，信道就是一个容器。 若将它比做一个纸箱子 - 它可以装10本书，代表其容量为10 - 当前只装了1本书，代表其当前长度为1 信道的容量，可以使用 cap 函数获取 ，而信道的长度，可以使用 len 长度获取。 ```go package main import "fmt" func main() { pipline := make(chan int, 10) fmt.Printf("信道可缓冲 %d 个数据\n", cap(pipline)) pipline<- 1 fmt.Printf("信道中当前有 %d 个数据", len(pipline)) } ``` 输出如下 ``` 信道可缓冲 10 个数据 信道中当前有 1 个数据 ``` ## 3. 缓冲信道与无缓冲信道 按照是否可缓冲数据可分为：**缓冲信道** 与 **无缓冲信道** **缓冲信道** 允许信道里存储一个或多个数据，这意味着，设置了缓冲区后，发送端和接收端可以处于异步的状态。 ```go pipline := make(chan int, 10) ``` **无缓冲信道** 在信道里无法存储数据，这意味着，接收端必须先于发送端准备好，以确保你发送完数据后，有人立马接收数据，否则发送端就会造成阻塞，原因很简单，信道中无法存储数据。也就是说发送端和接收端是同步运行的。 ```go pipline := make(chan int) // 或者 pipline := make(chan int, 0) ``` ## 4. 双向信道与单向信道 通常情况下，我们定义的信道都是双向通道，可发送数据，也可以接收数据。 但有时候，我们希望对信道的数据流向做一些控制，比如这个信道只能接收数据或者这个信道只能发送数据。 因此，就有了 **双向信道** 和 **单向信道** 两种分类。 **双向信道** 默认情况下你定义的信道都是双向的，比如下面代码 ```go import ( "fmt" "time" ) func main() { pipline := make(chan int) go func() { fmt.Println("准备发送数据: 100") pipline <- 100 }() go func() { num := <-pipline fmt.Printf("接收到的数据是: %d", num) }() // 主函数sleep，使得上面两个goroutine有机会执行 time.Sleep(1) } ``` **单向信道** 单向信道，可以细分为 **只读信道** 和 **只写信道**。 定义只读信道 ```go var pipline = make(chan int) type Receiver = <-chan int // 关键代码：定义别名类型 var receiver Receiver = pipline ``` 定义只写信道 ```go var pipline = make(chan int) type Sender = chan<- int // 关键代码：定义别名类型 var sender Sender = pipline ``` 仔细观察，区别在于 `<-` 符号在关键字 `chan` 的左边还是右边。 - `<-chan` 表示这个信道，只能从里发出数据，对于程序来说就是只读 - `chan<-` 表示这个信道，只能从外面接收数据，对于程序来说就是只写 有同学可能会问：为什么还要先声明一个双向信道，再定义单向通道呢？比如这样写 ```go type Sender = chan<- int sender := make(Sender) ``` 代码是没问题，但是你要明白信道的意义是什么？(**以下是我个人见解** 信道本身就是为了传输数据而存在的，如果只有接收者或者只有发送者，那信道就变成了只入不出或者只出不入了吗，没什么用。所以只读信道和只写信道，唇亡齿寒，缺一不可。 当然了，若你往一个只读信道中写入数据 ，或者从一个只写信道中读取数据 ，都会出错。 完整的示例代码如下，供你参考： ```go import ( "fmt" "time" ) //定义只写信道类型 type Sender = chan<- int //定义只读信道类型 type Receiver = <-chan int func main() { var pipline = make(chan int) go func() { var sender Sender = pipline fmt.Println("准备发送数据: 100") sender <- 100 }() go func() { var receiver Receiver = pipline num := <-receiver fmt.Printf("接收到的数据是: %d", num) }() // 主函数sleep，使得上面两个goroutine有机会执行 time.Sleep(1) } ``` ## 5. 遍历信道 遍历信道，可以使用 for 搭配 range关键字，在range时，要确保信道是处于关闭状态，否则循环会阻塞。 ```go import "fmt" func fibonacci(mychan chan int) { n := cap(mychan) x, y := 1, 1 for i := 0; i < n; i++ { mychan <- x x, y = y, x+y } // 记得 close 信道 // 不然主函数中遍历完并不会结束，而是会阻塞。 close(mychan) } func main() { pipline := make(chan int, 10) go fibonacci(pipline) for k := range pipline { fmt.Println(k) } } ``` ## 6. 用信道来做锁 当信道里的数据量已经达到设定的容量时，此时再往里发送数据会阻塞整个程序。 利用这个特性，可以用当他来当程序的锁。 示例如下，详情可以看注释 ```go package main import { "fmt" "time" } // 由于 x=x+1 不是原子操作 // 所以应避免多个协程对x进行操作 // 使用容量为1的信道可以达到锁的效果 func increment(ch chan bool, x *int) { ch <- true *x = *x + 1 <- ch } func main() { // 注意要设置容量为 1 的缓冲信道 pipline := make(chan bool, 1) var x int for i:=0;i<1000;i++{ go increment(pipline, &x) } // 确保所有的协程都已完成 // 以后会介绍一种更合适的方法（Mutex），这里暂时使用sleep time.Sleep(3) fmt.Println("x 的值：", x) } ``` 输出如下 ``` x 的值：1000 ``` 如果不加锁，输出会小于1000。 ## 系列导读 --- [从零学习 Go 语言（01）：一文搞定开发环境的搭建](https://studygolang.com/articles/27365) [从零学习 Go 语言（02）：学习五种变量创建的方法](https://studygolang.com/articles/27432) [从零学习 Go 语言（03）：数据类型之整型与浮点型](https://studygolang.com/articles/27440) [从零学习 Go 语言（04）：byte、rune与字符串](https://studygolang.com/articles/27463) [从零学习 Go 语言（05）：数据类型之数组与切片](https://studygolang.com/articles/27508) [从零学习 Go 语言（06）：数据类型之字典与布尔类型](https://studygolang.com/articles/27563) [从零学习 Go 语言（07）：数据类型之指针](https://studygolang.com/articles/27585) [从零学习 Go 语言（08）：流程控制之if-else](https://studygolang.com/articles/27613) [从零学习 Go 语言（09）：流程控制之switch-case](https://studygolang.com/articles/27660) [从零学习 Go 语言（10）：流程控制之for 循环](https://studygolang.com/articles/28120) [从零学习 Go 语言（11）：goto 无条件跳转](https://studygolang.com/articles/28472) [从零学习 Go 语言（12）：流程控制之defer 延迟语句](https://studygolang.com/articles/28515) [从零学习 Go 语言（13）：异常机制 panic 和 recover](https://studygolang.com/articles/28519) [从零学习 Go 语言（14）：Go 语言中的类型断言是什么？](https://studygolang.com/articles/29305) [从零学习 Go 语言（15）：学习 Go 语言的结构体与继承](https://studygolang.com/articles/29306) [从零学习 Go 语言（17）：Go 语言中的 make 和 new 有什么区别？](https://studygolang.com/articles/29315) [从零学习 Go 语言（18）：Go 语言中的 语句块与作用域](https://studygolang.com/articles/29365) [从零学习 Go 语言（19）：Go Modules 前世今生及入门使用](https://studygolang.com/articles/29371) [从零学习 Go 语言（20）：关于包导入必学的 8 个知识点](https://studygolang.com/articles/29404) [从零学习 Go 语言（21）：一文了解 Go语言中编码规范](https://studygolang.com/articles/29477) [从零学习 Go 语言（22）：Go 语言中如何开源自己写的包给别人用?](https://studygolang.com/articles/29609) [从零学习 Go 语言（23）：一篇文章搞懂 Go 语言的函数](https://studygolang.com/articles/29628) [从零学习 Go 语言（24）：理解 Go 语言中的 goroutine](https://studygolang.com/articles/29641) ---