深入理解 Go 语言中的 Channel在 Go 语言中goroutine 负责并发执行任务而 channel 负责在 goroutine 之间传递数据和协调执行顺序。如果把 goroutine 理解为同时工作的多个执行单元那么 channel 就像连接这些执行单元的管道一个 goroutine 将数据放入管道另一个 goroutine从管道中取出数据。Channel 是 Go 并发编程中非常重要的组成部分。本文将从基本操作、阻塞机制、关闭规则、select用法以及常见并发模式等方面系统介绍 channel。一、什么是 ChannelChannel 是一种带有类型的通信机制只能传递指定类型的数据。创建一个传递int类型数据的 channelch : make(chan int)向 channel 发送数据ch - 10从 channel 接收数据value : -ch关闭 channelclose(ch)一个完整示例如下package main import fmt func main() { ch : make(chan int) go func() { ch - 42 }() value : -ch fmt.Println(value) }程序的执行过程如下主 goroutine 创建一个 channel。新 goroutine 向 channel 发送数字42。主 goroutine 等待并接收数据。数据传递完成后两个 goroutine 继续执行。这里需要注意channel 不仅可以传递数据还可以让不同 goroutine 在特定位置进行同步。二、无缓冲 Channel通过下面的方式创建的是无缓冲 channelch : make(chan int)无缓冲 channel 没有保存数据的空间。发送方和接收方必须同时准备好数据才能完成传递。当执行发送操作时ch - value如果暂时没有其他 goroutine 接收数据发送方就会阻塞。当执行接收操作时value : -ch如果暂时没有其他 goroutine 发送数据接收方也会阻塞。因此无缓冲 channel 的数据传递可以理解为一次“交接”发送方必须等到接收方出现接收方也必须等到发送方出现。下面的代码会发生死锁package main import fmt func main() { ch : make(chan int) ch - 10 fmt.Println(-ch) }发送和接收虽然都写在代码中但它们位于同一个 goroutine 内。程序执行到ch - 10就会等待接收方。由于当前 goroutine 已经被阻塞后面的接收代码永远无法执行最终运行时会报告死锁。正确的写法是让发送和接收分别由不同的 goroutine 执行package main import fmt func main() { ch : make(chan int) go func() { ch - 10 }() fmt.Println(-ch) }三、有缓冲 Channel创建 channel 时可以指定缓冲区容量ch : make(chan int, 2)这个 channel 最多可以暂存两个int类型的数据。package main import fmt func main() { ch : make(chan int, 2) ch - 10 ch - 20 fmt.Println(-ch) fmt.Println(-ch) }输出结果10 20只要缓冲区没有满发送方就可以将数据放入 channel 并继续执行不必立即等待接收方。当缓冲区已满时继续发送会阻塞当缓冲区为空时继续接收也会阻塞。可以通过下面两个函数查看 channel 的状态len(ch) // 当前缓冲区中的数据数量 cap(ch) // channel 的缓冲区容量不过不建议根据len(ch)的结果判断下一次发送或接收是否会阻塞。并发环境中的状态随时可能被其他 goroutine 改变检查完成后结果可能已经失效。无缓冲和有缓冲 channel 的区别可以简单概括为无缓冲 channel 强调发送方和接收方的同步。有缓冲 channel 允许有限程度的异步处理。缓冲区不是越大越好容量应该根据业务的吞吐量和处理速度进行设计。四、关闭 Channel当发送方确定不会再发送数据时可以关闭 channelclose(ch)关闭 channel 表示“后续不会再有新数据”而不是删除 channel 中已有的数据。如果 channel 带有缓冲区那么关闭后接收方仍然可以继续读取缓冲区中的剩余数据。package main import fmt func main() { ch : make(chan int, 2) ch - 10 ch - 20 close(ch) fmt.Println(-ch) fmt.Println(-ch) }输出结果10 20接收数据时可以通过第二个返回值判断 channel 是否已经关闭value, ok : -ch其中ok true表示正常接收到数据。ok false表示 channel 已关闭并且缓冲区中的数据已经全部读取完毕。示例package main import fmt func main() { ch : make(chan int, 1) ch - 100 close(ch) value, ok : -ch fmt.Println(value, ok) value, ok -ch fmt.Println(value, ok) }输出结果100 true 0 false第二次接收得到的0是int类型的零值。使用关闭操作时需要注意以下规则不要重复关闭同一个 channel否则会触发 panic。不要向已经关闭的 channel 发送数据否则会触发 panic。从已关闭且数据已取完的 channel 接收数据会立即获得元素类型的零值。通常应该由发送方关闭 channel。接收方一般不负责关闭 channel。如果没有必要通知接收方“数据已经发送完毕”可以不关闭 channel。Channel 不像文件不需要为了释放资源而强制关闭。关闭操作的主要作用是传递“不会再有数据”的信号。五、使用 range 接收数据可以使用range持续读取 channel 中的数据package main import fmt func main() { ch : make(chan int) go func() { for i : 1; i 3; i { ch - i } close(ch) }() for value : range ch { fmt.Println(value) } }输出结果1 2 3range会持续接收数据直到 channel 被关闭并且其中剩余的数据全部读取完毕。如果发送方没有关闭 channelrange在读取完已有数据后仍会继续等待程序可能因此陷入死锁。六、单向 Channel普通 channel 既可以发送也可以接收chan int在函数参数中可以限制 channel 的使用方向。只能发送数据的 channelchan- int只能接收数据的 channel-chan int示例package main import fmt func produce(ch chan- int) { ch - 10 close(ch) } func consume(ch -chan int) { for value : range ch { fmt.Println(value) } } func main() { ch : make(chan int) go produce(ch) consume(ch) }单向 channel 的主要价值是明确函数职责。produce只能发送数据不能接收数据consume只能接收数据不能发送数据。错误的操作会在编译阶段被发现从而减少并发代码中的误用。
