15.Go语言-通道
原创
第 15 章 channel 通道
通道(channel) ，就是一个管道，可以想像成 Go 协程之间通信的管道。它是一种队列式的数据结构，遵循先入先出的规则。
15.1 通道的声明
每个通道都只能传递一种数据类型的数据，在你声明的时候，我们要指定通道的类型。chan Type 表示 Type 类型的通道。通道的零值为 nil 。
var channel_name chan channel_types下面的语句声明了一个类型为 string 的通道 nameChan ，该通道 nameChan 的值为 nil 。
var ch chan string15.2 通道的初始化
声明完通道后，通道的值为 nil ，我们不能直接使用，必须先使用 make 函数对通道进行初始化操作。
ch = make(chan channel_type)使用下面的语句我们可以对上面声明过的通道 ch 进行初始化：
ch = make(chan string)这样，我们就已经定义好了一个 string 类型的通道 nameChan 。当然，也可以使用简短声明语句一次性定义一个通道：
ch := make(chan string)15.3 使用通道发送和接收数据
往通道发送数据使用的是下面的语法：
// 把 data 数据发送到 channel_name 通道中
// 即把 data 数据写入到 channel_name 通道中
channel_name <- data从通道接收数据使用的是下面的语法：
// 从 channel_name 通道中接收数据到 value
// 即从 channel_name 通道中读取数据到 value
value := <- channel_name通道旁的箭头方向指定了是发送数据还是接收数据。箭头指向通道，代表数据写入到通道中；箭头往通道指向外，代表从通道读数据出去。
下面的例子演示了通道的使用：
package main
import (
"fmt"
)
func PrintChan(c chan string) {
// 往通道传入数据 "从0到Go语言微服务架构师"
c <- "从0到Go语言微服务架构师"
}
func main() {
// 创建一个通道
ch := make(chan string)
// 打印 "学习课程:"
fmt.Println("学习课程:")
// 开启协程
go PrintChan(ch)
// 从通道接收数据
rec := <- ch
// 打印从通道接收到的数据
fmt.Println(rec)
// 打印 "学习目标:全面掌握Go语言微服务落地，代码级一次性解决微服务和分布式系统。"
fmt.Println("学习目标:全面掌握Go语言微服务落地，代码级一次性解决微服务和分布式系统。")
}该程序模拟了两个协程并发调用的场景，在 main 函数中，创建了一个通道，在 main 函数中先打印了 学习课程: ，然后开启协程运行 PrintChan 函数，而 main 函数通过协程接收数据，主协程发生了阻塞，等待通道 ch 发送的数据，在函数中，数据 从0到Go语言微服务架构师 传入通道中，当写入完成时，主协程接收了数据，解除了阻塞状态，打印出从通道接收到的数据 从0到Go语言微服务架构师 ，最后打印 `学习目标:全面掌握 Go 语言微服务落地，代码级一次性解决微服务和分布式系统。
Tips: <font color=red>发送与接收默认是阻塞的</font>
- 从上面的例子我们知道，如果从通道接收数据没接收完主协程是不会继续执行下去的。当把数据发送到通道时，会在发送数据的语句处发生阻塞，直到有其它协程从通道读取到数据，才会解除阻塞。与此类似，当读取通道的数据时，如果没有其它的协程把数据写入到这个通道，那么读取过程就会一直阻塞着。
15.4 通道的关闭
对于一个已经使用完毕的通道，我们要将其进行关闭。
close(channel_name)这里要注意，对于一个已经关闭的通道如果再次关闭会导致报错，我们可以在接收数据时，判断通道是否已经关闭，从通道读取数据返回的第二个值表示通道是否没被关闭，如果已经关闭，返回值为 false ；如果还未关闭，返回值为 true 。
value, ok := <- channel_name15.5 通道的容量与长度
我们在前面讲过 make 函数是可以接收两个参数的，同理，创建通道可以传入第二个参数——容量。
- 当容量为
0时，说明通道中不能存放数据，在发送数据时，必须要求立马有人接收，否则会报错。此时的通道称之为无缓冲通道。 - 当容量为
1时，说明通道只能缓存一个数据，若通道中已有一个数据，此时再往里发送数据，会造成程序阻塞。利用这点可以利用通道来做锁。 - 当容量大于
1时，通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。
既然通道有容量和长度，那么我们可以通过 cap 函数和 len 函数获取通道的容量和长度。
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
// 创建一个通道
c := make(chan int, 3)
fmt.Println("初始化后：")
fmt.Println("cap =", cap(c))
fmt.Println("len =", len(c))
c <- 1
c <- 2
fmt.Println("传入两个数后：")
fmt.Println("cap =", cap(c))
fmt.Println("len =", len(c))
<- c
fmt.Println("取出一个数后：")
fmt.Println("cap =", cap(c))
fmt.Println("len =", len(c))
}15.6 缓冲通道与无缓冲通道
按照是否可缓冲数据可分为：缓冲通道 与 无缓冲通道 。
无缓冲通道在通道里无法存储数据，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，通道中无法存储数据。也就是说发送端和接收端是同步运行的。
c := make(chan int)
// 或者
c := make(chan int, 0)缓冲通道允许通道里存储一个或多个数据，设置缓冲区后，发送端和接收端可以处于异步的状态。
c := make(chan int, 3)15.7 双向通道
到目前为止，上面定义的都是双向通道，既可以发送数据也可以接收数据。例如：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
// 创建一个通道
c := make(chan int)
// 发送数据
go func() {
fmt.Println("send: 1")
c <- 1
}()
// 接收数据
go func() {
n := <- c
fmt.Println("receive:", n)
}()
// 主协程休眠
time.Sleep(time.Millisecond)
}15.8 单向通道
单向通道只能发送或者接收数据。所以可以具体细分为只读通道和只写通道。
<-chan 表示只读通道：
// 定义只读通道
c := make(chan string)
// 定义类型
type Receiver = <-chan string
var receiver Receiver = c
// 或者简单写成下面的形式
type Receiver = <-chan int
receiver := make(Receiver)chan<- 表示只写通道：
// 定义只写通道
c := make(chan int)
// 定义类型
type Sender = chan<- int
var sender Sender = c
// 或者简单写成下面的形式
type Sender = chan<- int
sender := make(Sender)下面是一个例子：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
// Sender 只写通道类型
type Sender = chan<- string
// Receiver 只读通道类型
type Receiver = <-chan string
func main() {
// 创建一个双向通道
var ch = make(chan string)
// 开启一个协程
go func() {
// 只能写通道
var sender Sender = ch
fmt.Println("即将学习:")
sender <- "Go语言微服务架构核心22讲"
}()
// 开启一个协程
go func() {
// 只能读通道
var receiver Receiver = ch
message := <-receiver
fmt.Println("开始学习: ", message)
}()
time.Sleep(time.Millisecond)
}15.9 遍历通道
使用 for range 循环可以遍历通道，但在遍历时要确保通道是处于关闭状态，否则循环会被阻塞。
package main
import (
"fmt"
)
func loopPrint(c chan int) {
for i := 0; i < 10; i++ {
c <- i
}
// 记得要关闭通道
// 否则主协程遍历完不会结束，而会阻塞
close(c)
}
func main() {
// 创建一个通道
var ch2 = make(chan int, 5)
go loopPrint(ch2)
for v := range ch2 {
fmt.Println(v)
}
}15.10 用通道做锁
上面讲过，当通道容量为 1 时，说明通道只能缓存一个数据，若通道中已有一个数据，此时再往里发送数据，会造成程序阻塞。例如：
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 的通道可以达到锁的效果
func increment(ch chan bool, x *int) {
ch <- true
*x = *x + 1
<- ch
}
func main() {
ch3 := make(chan bool, 1)
var x int
for i := 0; i < 10000; i++ {
go increment(ch3, &x)
}
time.Sleep(time.Millisecond)
fmt.Println("x =", x)
}15.11 死锁
讲完了锁，不得不提死锁。当协程给一个通道发送数据时，照理说会有其他 Go 协程来接收数据。如果没有的话，程序就会在运行时触发 panic ，形成死锁。同理，当有协程等着从一个通道接收数据时，我们期望其他的 Go 协程会向该通道写入数据，要不然程序也会触发 panic 。
package main
func main() {
ch := make(chan bool)
ch <- true
}运行上面的程序，会触发 panic ，报下面的错误：
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!下面再来看看几个例子。
package main
import "fmt"
func main() {
ch := make(chan bool)
ch <- true
fmt.Println(<-ch)
}上面的代码你看起来可能觉得没啥问题，创建一个通道，往里面写入数据，再从里面读出数据，但运行后会报同样的错误：
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!那么为什么会出现死锁呢？前面的基础学的好的就不难想到使用 make 函数创建通道时默认不传递第二个参数，通道中不能存放数据，在发送数据时，必须要求立马有人接收，即该通道为无缓冲通道。所以在接收者没有准备好前，发送操作会被阻塞。
分析完引发异常的原因后，我们可以将代码修改如下，使用协程，将接收者代码放在另一个协程里：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func funcRecieve(c chan bool) {
fmt.Println(<-c)
}
func main() {
ch4 := make(chan bool)
go funcRecieve(ch4)
ch4 <- true
time.Sleep(time.Millisecond)
}当然，还有一种更加直接的方法，把无缓冲通道改为缓冲通道就行了：
package main
import "fmt"
func main() {
ch5 := make(chan bool, 1)
ch5 <- true
fmt.Println(<-ch5)
}有时候我们定义了通道的容量，但通道里的容量已经放不下新的数据，而没有接收者接收数据，就会造成阻塞，而对于一个协程来说就会造成死锁：
package main
import "fmt"
func main() {
ch6 := make(chan bool, 1)
ch6 <- true
ch6 <- false
fmt.Println(<-ch6)
}同理，当程序一直在等待从通道里读取数据，而此时并没有发送者会往通道中写入数据。此时程序就会陷入死循环，造成死锁。
15.12 WaitGroup
在实际开发中我们并不能保证每个协程执行的时间，如果需要等待多个协程，全部结束任务后，再执行某个业务逻辑。下面我们介绍处理这种情况的方式。
WaitGroup 有几个方法：
Add：初始值为0，这里直接传入子协程的数量，你传入的值会往计数器上加。Done：当某个子协程完成后，可调用此方法，会从计数器上减一，即子协程的数量减一，通常使用defer来调用。Wait：阻塞当前协程，直到实例里的计数器归零。
15.12.1 使用信道
信道可以实现多个协程间的通信，于是乎我们可以定义一个信道，在任务执行完成后，往信道中写入 true ，然后在主协程中获取到 true ，就可以认为子协程已经执行完毕。
package main
import "fmt"
func main() {
isDone := make(chan bool)
go func() {
for i := 0; i < 5; i++{
fmt.Println(i)
}
isDone <- true
}()
<- isDone
}运行上面的程序，主协程就会等待创建的协程执行完毕后退出。
15.12.2 使用 WaitGroup
使用上面的信道方法，虽然可行，但在你程序中使用很多协程的话，你的代码就会看起来很复杂，这里就要介绍一种更好的方法，那就是使用 sync 包中提供的 WaitGroup 类型。WaitGroup 用于等待一批 Go 协程执行结束。程序控制会一直阻塞，直到这些协程全部执行完毕。当然 WaitGroup 也可以用于实现工作池。
WaitGroup 实例化后就能使用：
var name sync.WaitGroup下面看具体示例：
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func task(taskNum int, wg *sync.WaitGroup) {
// 延迟调用 执行完子协程计数器减一
defer wg.Done()
// 输出任务号
for i := 0; i < 3; i++ {
fmt.Printf("task %d: %d\n", taskNum, i)
}
}
func main() {
// 实例化 sync.WaitGroup
var waitGroup sync.WaitGroup
// 传入子协程的数量
waitGroup.Add(3)
// 开启一个子协程 协程 1 以及 实例 waitGroup
go task(1, &waitGroup)
// 开启一个子协程 协程 2 以及 实例 waitGroup
go task(2, &waitGroup)
// 开启一个子协程 协程 3 以及 实例 waitGroup
go task(3, &waitGroup)
// 实例 waitGroup 阻塞当前协程 等待所有子协程执行完
waitGroup.Wait()
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