单纯地将函数并发执行是没有意义的。函数与函数间需要交换数据才能体现并发执行函数的意义。

虽然可以使用共享内存进行数据交换,但是共享内存在不同的goroutine中容易发生竞态问题。为了保证数据交换的正确性,必须使用互斥量对内存进行加锁,这种做法势必造成性能问题。

Go语言的并发模型是CSP(Communicating Sequential Processes),提倡通过通信共享内存而不是通过共享内存而实现通信。

如果说goroutine是Go程序并发的执行体,channel就是它们之间的连接。channel是可以让一个goroutine发送特定值到另一个goroutine的通信机制。

Go 语言中的通道(channel)是一种特殊的类型。通道像一个传送带或者队列,总是遵循先入先出的规则,保证收发数据的顺序。每一个通道都是一

ch4 := make(chan int)
ch5 := make(chan bool)
ch6 := make(chan []int)

个具体类型的导管,也就是声明channel的时候需要为其指定元素类型。

一、channel创建

channel是一种类型,一种引用类型。声明通道的格式如下:

var 变量 chan 元素类型

var ch1 chan int   // 声明一个传递整型的通道
var ch2 chan bool  // 声明一个传递布尔型的通道
var ch3 chan []int // 声明一个传递int切片的通道

声明channel后,要使用make函数初始化才能使用,创建channel的格式如下:

make(chan 元素类型, [缓冲大小])

ch4 := make(chan int)
ch5 := make(chan bool)
ch6 := make(chan []int)

二、channel操作

通道有发送(send)、接收(receive)和关闭(close)三种操作。

发送和接收都使用<-符号。

现在我们先使用以下语句定义一个通道:

ch := make(chan int)

发送

将一个值发送到通道中

ch <- 10 // 把10发送到ch中

接收

从一个通道中接收值

x := <- ch // 从ch中接收值并赋值给变量x
<-ch       // 从ch中接收值,忽略结果

关闭

我们通过调用内置的close函数来关闭通道。

close(ch)

关于关闭通道需要注意的事情是,只有在通知接收方goroutine所有的数据都发送完毕的时候才需要关闭通道。通道是可以被垃圾回收机制回收的,它和关闭文件是不一样的,在结束操作之后关闭文件是必须要做的,但关闭通道不是必须的。

关闭后的通道有以下特点:

  • 对一个关闭的通道再发送值就会导致panic。
  • 对一个关闭的通道进行接收会一直获取值直到通道为空。
  • 对一个关闭的并且没有值的通道执行接收操作会得到对应类型的零值。
  • 关闭一个已经关闭的通道会导致panic。

三、无缓冲的通道

无缓冲的通道又称为阻塞的通道。我们来看一下下面的代码:

func main() {
	ch := make(chan int)
	ch <- 10
	fmt.Println("发送成功")
}

上面代码运行会报错,因为我们使用ch := make(chan int)创建的是无缓冲的通道,无缓冲的通道只有在有人接收值的时候才能发送值。就像你住的小区没有快递柜和代收点,快递员给你打电话必须要把这个物品送到你的手中,简单来说就是无缓冲的通道必须有接收才能发送。

一种解决方法:启用一个goroutine去接收值,例如:

func recv(c chan int) {
	ret := <-c
	fmt.Println("接收成功", ret)
}
func main() {
	ch := make(chan int)
	go recv(ch) // 启用goroutine从通道接收值
	ch <- 10
	fmt.Println("发送成功")
}

无缓冲通道上的发送操作会阻塞,直到另一个goroutine在该通道上执行接收操作,这时值才能发送成功,两个goroutine将继续执行。

相反,如果接收操作先执行,接收方的goroutine将阻塞,直到另一个goroutine在该通道上发送一个值。

使用无缓冲通道进行通信将导致发送和接收的goroutine同步化。因此,无缓冲通道也被称为同步通道。

四、有缓冲的通道

解决上面问题的方法还有一种就是使用有缓冲区的通道。我们可以在使用make函数初始化通道的时候为其指定通道的容量,例如:

func main() {
	ch := make(chan int, 1) // 创建一个容量为1的有缓冲区通道
	ch <- 10
	fmt.Println("发送成功")
}

只要通道的容量大于零,那么该通道就是有缓冲的通道,通道的容量表示通道中能存放元素的数量。

我们可以使用内置的len函数获取通道内元素的数量,使用cap函数获取通道的容量,虽然我们很少会这么做。

五、从通道循环取值

当向通道中发送完数据时,我们可以通过close函数来关闭通道。

当通道被关闭时,再往该通道发送值会引发panic,从该通道取值的操作会先取完通道中的值,再然后取到的值一直都是对应类型的零值。那如何判断一个通道是否被关闭了呢?

func main() {
	ch1 := make(chan int)
	ch2 := make(chan int)
	// 开启goroutine将0~100的数发送到ch1中
	go func() {
		for i := 0; i < 100; i++ {
			ch1 <- i
		}
		close(ch1)
	}()
	// 开启goroutine从ch1中接收值,并将该值的平方发送到ch2中
	go func() {
		for {
			i, ok := <-ch1 // 通道关闭后再取值ok=false
			if !ok {
				break
			}
			ch2 <- i
		}
		close(ch2)
	}()
	// 在主goroutine中从ch2中接收值打印
	for i := range ch2 { // 通道关闭后会退出for range循环
		fmt.Println(i)
	}
}

从上面的例子中我们看到有两种方式在接收值的时候判断该通道是否被关闭,不过我们通常使用的是for range的方式。使用for range遍历通道,当通道被关闭的时候就会退出for range。

六、单向通道

有的时候我们会将通道作为参数在多个任务函数间传递,很多时候我们在不同的任务函数中使用通道都会对其进行限制,比如限制通道在函数中只能发送或只能接收。

func counter(out chan<- int) {
	for i := 0; i < 100; i++ {
		out <- i
	}
	close(out)
}

func squarer(out chan<- int, in <-chan int) {
	for i := range in {
		out <- i * i
	}
	close(out)
}
func printer(in <-chan int) {
	for i := range in {
		fmt.Println(i)
	}
}

func main() {
	ch1 := make(chan int)
	ch2 := make(chan int)
	go counter(ch1)
	go squarer(ch2, ch1)
	printer(ch2)
}

其中,

  • chan<- int是一个只写单向通道(只能对其写入int类型值),可以对其执行发送操作但是不能执行接收操作;
  • <-chan int是一个只读单向通道(只能从其读取int类型值),可以对其执行接收操作但是不能执行发送操作。

七、select多路复用

在某些场景下我们需要同时从多个通道接收数据。通道在接收数据时,如果没有数据可以接收将会发生阻塞。你也许会写出如下代码使用遍历的方式来实现:

for{
    // 尝试从ch1接收值
    data, ok := <-ch1
    // 尝试从ch2接收值
    data, ok := <-ch2
    …
}

这种方式虽然可以实现从多个通道接收值的需求,但是运行性能会差很多。为了应对这种场景,Go内置了select关键字,可以同时响应多个通道的操作。

select的使用类似于switch语句,它有一系列case分支和一个默认的分支。每个case会对应一个通道的通信(接收或发送)过程。select会一直等待,直到某个case的通信操作完成时,就会执行case分支对应的语句。具体格式如下:

select{
    case <-ch1:
        ...
    case data := <-ch2:
        ...
    case ch3<-data:
        ...
    default:
        默认操作
}
func main() {
	ch := make(chan int, 1)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		select {
		case x := <-ch:
			fmt.Println(x)
		case ch <- i:
		}
	}
}

使用select语句能提高代码的可读性。

  • 可处理一个或多个channel的发送/接收操作。
  • 如果多个case同时满足,select会随机选择一个。
  • 对于没有case的select{}会一直等待,可用于阻塞main函数。