并发编程-通道使用

1.什么是Channel?

channel即Go的通道，是协程之间的通信机制。一个channel是一条通信管道，它可以让一个协程通过它给另一个协程发送数据。每个channel都需要指定数据类型，即channel可发送数据的类型。Go语言主张通过数据传递来实现共享内存，而不是通过共享内存来实现数据传递。

2. 创建Channel

2.1 语法

channel是引用类型，需要使用make()进行创建。

// 声明方式1
var cha1 chan 数据类型 
cha1 = make(chan 数据类型)

// 声明方式2
cha1 := make(chan 数据类型)

2.2 使用示例

package main
import (
 "fmt"
)
type People struct {}
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 fmt.Printf("intChan类型: %T 值: %v \n",intChan,intChan)
 // 创建一个空接口chan,可以存放任意类型数据
 interfaceChan := make(chan interface{})
 fmt.Printf("interfaceChan类型: %T 值: %v \n",interfaceChan,interfaceChan)
 // 创建一个指针chan
 peopleChan := make(chan *People)
 fmt.Printf("peopleChan类型: %T 值: %v \n",peopleChan,peopleChan)
}
/** 输出
 intChan类型: chan int 值: 0xc000052060 
 interfaceChan类型: chan interface {} 值: 0xc0000520c0 
 peopleChan类型: chan *main.People 值: 0xc000052120 
*/

3.发送数据

3.1 语法

通过channel发送数据需要使用特殊的操作符＜-，需要注意的是: channel发送的值的类型必须与channel的元素类型一致。

channel变量名 <- 值

3.2 错误使用示例

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)
type People struct {
}
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 写入
 intChan <- 5
  fmt.Printf("intChan类型: %T 值: %v \n", intChan, intChan)
}

上面示例运行会死锁，报错内容如下:

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan send]:
main.main()
        /Users/hui/Project/Go/src/go-basic/main.go:12 +0x59
Process finished with exit code 2

报错原因: 如果Goroutine在一个channel上发送数据，其他的Goroutine应该接收得到数据；如果没有接收，那么程序将在运行时出现死锁。

3.3 正确使用示例

package main
import (
 "fmt"
)
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 写入数据(协程写入)
 go sendMsg(intChan)
 // 接收数据(主线程读取)
 a := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n", a)
 fmt.Println("运行结束! ")
}
func sendMsg(intChan chan int ){
 // 写入
 intChan <- 5
 fmt.Println("写入数据: 5 ")
}
/** 输出:
  写入数据: 5 
  接收数据: 5 
  运行结束! 
*/

4.普通接收

channel接收同样使用特殊的操作符＜-。

4.1 阻塞接收语法

// 方式一: ch 指的是通道变量
data := <- ch
//方式二: data 表示接收到的数据。未接收到数据时，data为channel类型的零值，ok（布尔类型）表示是否接收到数据
data,ok := <- ch

执行该语句时channel将会阻塞，直到接收到数据并赋值给data变量。

4.2 忽略接收语法

<- ch

执行该语句时channel将会阻塞。其目的不在于接收channel中数据，而是为了阻塞Goroutine。

如果Goroutine正在等待从channel接收数据，而其他Goroutine并没有写入数据时程序将会死锁。

5. 循环接收

循环接收数据，需要配合使用关闭channel，借助普通for循环和for ... range语句循环接收多个元素。遍历channel，遍历的结果就是接收到的数据，数据类型就是channel的数据类型。普通for循环接收channel数据，需要有break循环的条件；for … range会自动判断出channel已关闭，而无须通过判断来终止循环。

5.1 使用普通for接收

方式一: data := <- ch

package main
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 写入数据(协程写入)
 go func(cha chan int) {
  // 写入
  for i := 1; i < 5; i++ {
   intChan <- i
   fmt.Printf("写入数据 ->  %v \n", i)
  }
  // 关闭通道
  close(intChan)
 }(intChan)

 // 方式一: data := <- ch
 for {
  // 接收数据
  out := <-intChan
  // 判断通道是否关闭
  //如果通道关闭，则out为通道类型的零值，这里是int型，所以是0
  if out == 0 {
   fmt.Println("通道已关闭")
   break
  }
  fmt.Printf("接收数据 ==> %v \n", out)
 }
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出:
  写入数据 ->  1 
  接收数据 ==> 1 
  接收数据 ==> 2 
  写入数据 ->  2 
  写入数据 ->  3 
  接收数据 ==> 3 
  接收数据 ==> 4 
  写入数据 ->  4 
  通道已关闭
  程序运行结束!
*/

方式二: data,ok := <- ch

package main
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 写入数据(协程写入)
 go func(cha chan int) {
  // 写入
  for i := 1; i < 5; i++ {
   intChan <- i
   fmt.Printf("写入数据 ->  %v \n", i)
  }
  // 关闭通道
  close(intChan)
 }(intChan)

 // 方式二: data,ok := <- ch
 for {
  // 接收数据
  out,ok := <-intChan
  // 判断通道是否关闭,如果通道关闭，则ok为false
  if !ok {
   fmt.Println("通道已关闭")
   break
  }
  fmt.Printf("接收数据 ==> %v \n", out)
 }
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出:
  写入数据 ->  1 
  接收数据 ==> 1 
  接收数据 ==> 2 
  写入数据 ->  2 
  写入数据 ->  3 
  接收数据 ==> 3 
  接收数据 ==> 4 
  写入数据 ->  4 
  通道已关闭
  程序运行结束!
*/

5.2 使用for...range接收

package main
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 写入数据(协程写入)
 go func(cha chan int) {
  // 写入
  for i := 1; i < 5; i++ {
   intChan <- i
   fmt.Printf("写入数据 ->  %v \n", i)
  }
  // 关闭通道
  close(intChan)
 }(intChan)
 // 使用 for...range接收
 for data := range intChan {
  fmt.Printf("接收数据 ==> %v \n", data)
 }
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出:
  写入数据 ->  1 
  接收数据 ==> 1 
  接收数据 ==> 2 
  写入数据 ->  2 
  写入数据 ->  3 
  接收数据 ==> 3 
  接收数据 ==> 4 
  写入数据 ->  4 
  程序运行结束!
*/

6. Channle的阻塞特性

6.1 特性如下

• channel默认是阻塞的。
• 当数据被发送到channel时会发生阻塞，直到有其他Goroutine从该channel中读取数据。
• 当从channel读取数据时，读取也会被阻塞，直到其他Goroutine将数据写入该channel。

6.2 特性使用

package main
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 创建一个用于阻塞的chan
 boolChan := make(chan bool)

 // 创建一个写入数据的协程
 go func(cha chan int) {
  // 写入
  intChan <- 50
  fmt.Println("写入数据50")
  // 关闭通道
  close(intChan)
 }(intChan)

 // 创建一个读取数据的协程
 go func(intChan chan int, boolChan chan  bool) {
  data,ok := <- intChan
  if ok {
   fmt.Printf("读取到数据 ->  %v \n", data)
   // 读取到数据后，给boolChan写入值
   boolChan <- true
   // 关闭用于的阻塞的chan
   close(boolChan)
  }
 }(intChan,boolChan)
 // 忽略接收，达到阻塞的效果。(如果不阻塞，则会直接输出: 程序运行结束!,不会等待协程执行)
 <- boolChan
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出
  写入数据50
  读取到数据 ->  50 
  程序运行结束!
*/

阻塞channel等待匿名函数的Goroutine运行结束，防止主函数的Goroutine退出而导致匿名函数的Goroutine提前退出。

7.关闭Channel

发送方写入完毕后需要主动关闭channel，用于通知接收方数据传递完毕。接收方通过data,ok := <- ch判断channel是否关闭，如果ok=false，则表示channel已经被关闭。

7.1 使用示例

package main
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 创建一个写入channel的协程
 go func(intChan chan int) {
  intChan <- 10
  intChan <- 20
  // 关闭通道
  close(intChan)
 }(intChan)

 // 读取数据
 a := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",a)
 b := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",b)

 // 此时的Chan已经关闭，而且里面的数据也都已经取完
 c := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",c)
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出
  接收数据: 10 
  接收数据: 20 
  接收数据: 0 
  程序运行结束!
*/

又上面示例可以看出: 可以从关闭后的channel中继续读取数据，取到的值为该类型的零值。比如整型是:0; 字符串是：""

7.2 向已关闭的chan写入数据,会崩溃

往关闭的channel中写入数据会报错：panic: send on closed channel。导致程序崩溃。

package main
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 // 创建一个写入channel的协程
 go func(intChan chan int) {
  intChan <- 10
  // 关闭通道
  close(intChan)
    // 向已关闭的chan 继续写入数据，会报错;
  intChan <- 20
 }(intChan)
 // 读取数据
 a := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",a)
 b := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",b)
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出:
接收数据: 10 
接收数据: 0 
panic: send on closed channel

goroutine 18 [running]:
main.main.func1(0xc000100060)
        /Users/hui/Project/Go/src/go-basic/main.go:14 +0x5f
created by main.main
        /Users/hui/Project/Go/src/go-basic/main.go:10 +0x6a

Process finished with exit code 2
*/

7.3 重复关闭chan，会崩溃

package main]
import "fmt"
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)

 // 创建一个写入channel的协程
 go func(intChan chan int) {
  intChan <- 10
  // 关闭通道
  close(intChan)
 }(intChan)

 // 读取数据
 a := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",a)
 b := <- intChan
 fmt.Printf("接收数据: %v \n",b)
 // 重复关闭(此处会报错)
 close(intChan)
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/** 输出
接收数据: 10 
接收数据: 0 
panic: close of closed channel

goroutine 1 [running]:
main.main()
        /Users/hui/Project/Go/src/go-basic/main.go:22 +0x1cc

Process finished with exit code 2
*/

8.缓冲Channel

默认创建的都是非缓冲channel，读写都是即时阻塞。缓冲channel自带一块缓冲区，可以暂时存储数据，如果缓冲区满了，就会发生阻塞。缓冲通道在发送时无需等待接收方接收即可完成发送过程，并且不会发生阻塞，只有当缓冲区满时才会发生阻塞。同理，如果缓冲通道中有数据，接收时将不会发生阻塞，直到通道中没有数据可读时，通道将会再度阻塞。

8.1 语法

// 声明 n:代表缓冲区大小
cha1 := make(chan T,n)

8.2 使用示例

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)
func main() {
 fmt.Printf("开始时间: %v \n",time.Now().Unix())
 // 创建一个缓冲区为2的整数型chan
 intChan2 := make(chan int,2)
 // 不会发生阻塞，因为缓冲区未满
 intChan2 <- 100
 fmt.Printf("结束时间: %v \n",time.Now().Unix())
 fmt.Printf("intChan2  类型: %T 缓冲大小: %v \n",intChan2,cap(intChan2))
 fmt.Println("程序运行结束!")
}
/**输出:
  开始时间: 1607496281 
  结束时间: 1607496281 
  intChan2  类型: chan int 缓冲大小: 2 
  程序运行结束!
*/

9.单向Channel

channel默认都是双向的，即可读可写。定向channel也叫单向channel，只读或只写。直接创建单向channel没有任何意义。通常的做法是创建双向channel，然后以单向channel的方式进行函数传递。

9.1 介绍

// 只读
ch <- chan T
// 只写
ch chan <- T

9.1 使用

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)
func main() {
 // 创建一个整数型chan
 intChan := make(chan int)
 go writeChan(intChan)
 go readChan(intChan)
 time.Sleep(50 * time.Millisecond)
 fmt.Println("运行结束")

}

// 定义只读通道的函数
func readChan( ch <- chan int)  {
 for data := range ch {
  fmt.Printf("读出数据: %v \n",data)
 }
}
// 定义只写通道的函数
func writeChan( ch chan <- int){
 for i:= 1; i< 5 ; i++ {
  ch <- i
  fmt.Printf("写入数据: %v \n",i)
 }
 close(ch)
}

10.计时器与channel

计时器类型表示单个事件。当计时器过期时，当前时间将被发送到c上（c是一个只读channel ＜-chan time.Time，该channel中放入的是Timer结构体），除非计时器是After()创建的。计时器必须使用NewTimer()或After()创建。

10.1 NewTimer

NewTimer()创建一个新的计时器，它会在至少持续时间d之后将当前时间发送到其channel上。

使用示例:

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)
func main() {
 // 创建一个计时器
 timer := time.NewTimer(5 * time.Second)
 fmt.Printf("开始时间 %v \n",time.Now())
 // 此处会阻塞5秒
 out := <- timer.C
 fmt.Printf("变量out->  类型: %T 值:%v  \n",out,out)
 fmt.Printf("开始时间 %v \n",time.Now())
}
/** 输出:
  开始时间 2020-12-10 10:53:22.979673 +0800 CST m=+0.000174275 
  变量out->  类型: time.Time 值:2020-12-10 10:53:27.980079 +0800 CST m=+5.000489969  
  开始时间 2020-12-10 10:53:27.980264 +0800 CST m=+5.000674880 
*/

10.2 After

After()函数相当于NewTimer(d). C,如下源码:

func After(d Duration) <-chan Time {
 return NewTimer(d).C
}

使用示例

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)
func main() {
 // 创建一个计时器,返回的是chan
 ch := time.After(5 * time.Second)
 fmt.Printf("开始时间 %v \n",time.Now())
 // 此处会阻塞5秒
 out := <- ch
 fmt.Printf("变量out->  类型: %T 值:%v  \n",out,out)
 fmt.Printf("开始时间 %v \n",time.Now())
}
/** 输出
  开始时间 2020-12-10 11:01:07.272154 +0800 CST m=+0.000153152 
  变量out->  类型: time.Time 值:2020-12-10 11:01:12.273034 +0800 CST m=+5.000956630  
  开始时间 2020-12-10 11:01:12.273153 +0800 CST m=+5.001076196 
*/