看完这篇,Go语言的通道及Goroutine你就都会了

2022年3月16日 450点热度 0人点赞 0条评论

最近在学习Golang,所以将学习过程记为笔记,以后翻阅的时候也方便,顺便也给大家做一点分享,希望能坚持下去。


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在go社区有这样一句话

不要通过共享内存来通信,而是通过通信来共享内存。


go官方是建议使用管道通信的方式来进行并发。

通道 是用于协程间交流的通信载体。严格地来说,通道就是数据传输的管道,数据通过这根管道被 “传入” 或被 “读出”。 因此协程可以发送数据到通道中,而另一个协程可以从该通道中读取数据。

在这里就要引入一个新名词:协程
将线程再细分为多个协程,比如说是一条流水线上的多人协作。那么就可以减少各个线程内部的等待时间。

通道简介

Go 提供一个 chan 关键词去创建一个通道。一个通道只能传入一种类型的数据,其他的数据类型不允许被传输。

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将线程再分成更细的协程,使得中间等待时候更少,提高效率!

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声明

package main
import "fmt"
func main(){
    var channel chan int //声明了一个可以传入 int 类型数据的通道 channel 。
    fmt.Println(channel)  
    //程序会打印nil, 因为通道的 0 值是 nil。
}

一个 nil 通道是没有用的。你不能向它传递数据或者读取数据。因此,我们必须使用 make 函数器创建一个可以使用的通道。

package main
import "fmt"
func main(){
    channel := make(chan int
    //声明了一个可以传入 int 类型数据的通道 channel 。
    fmt.Println(channel)  
    //程序会打印channel的地址。 0xc0000180c0
}

它是一个指针内存地址。通道变量默认是一个指针。多数情况下,当你想要和一个协程沟通的时候,你可以给函数或者方法传递一个通道作为参数。当从协程接收到通道参数后,你不需要再对其进行解引用就可以从通道接收或者发送数据。

读写

Go 语言提供一个非常简洁的左箭头语法 <- 去从通道读写数据。

有变量接受管道值

channel <- data

上面的代码意味着我们想要把 data 数据推入到通道 channel 中,注意看箭头的指向。

它表明是从 data数据 to到 通道 channel。因此我们可以当作我们正在把 data 推入到通道 channel。

无变量接受管道值

<- data

这个语句不会把数据传输给任何变量,但是仍然是一个有效的语句。

上面的通道操作默认是阻塞的。

在以前的课程中,我们知道可以使用 time.Sleep 去阻塞一个通道。通道操作本质上是阻塞的。当一些数据被写入通道,对应的协程将阻塞直到有其他的协程可以从此通道接收数据。

通道操作会通知调度器去调度其他的协程,这就是为什么程序不会一直阻塞在一个协程。通道的这些特性在不同的协程沟通的时候非常有用,它避免了我们使用锁或者一些 hack 手段去达到阻塞协程的目的。

通道详解

例子

package main
import "fmt"
func Rush(c chan string) {
    fmt.Println("Hello "+ <-c + "!")
    // 声明一个函数 greet, 这个函数的参数 c 是一个 string 类型的通道。
    // 在这个函数中,我们从通道 c 中接收数据并打印到控制台上。
}
func main(){
    fmt.Println("Main Start"
    // main 函数的第一个语句是打印 main start 到控制台。
    channel := make(chan string)
    // 在 main 函数中使用 make 函数创建一个 string 类型的通道赋值给 ‘ channel ' 变量
    go Rush(channel)        
    // 把 channel 通道传递给 greet 函数并用 go 关键词以协程方式运行它。
    // 此时,程序有两个协程并且正在调度运行的是 main goroutine 主函数 
    channel <- "DEMO"       
    // 给通道 channel 传入一个数据 DEMO.
    // 此时主线程将阻塞直到有协程接收这个数据. Go 的调度器开始调度 greet 协程接收通道 channel 的数据 
    fmt.Println("Main Stop")   
    // 然后主线程激活并且执行后面的语句,打印 main stopped
}
/*
Main Start
Hello DEMO!
Main Stop
*/

死锁

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当通道读写数据时,所在协程会阻塞并且调度控制权会转移到其他未阻塞的协程。

如果当前协程正在从一个没有任何值的通道中读取数据,那么当前协程会阻塞并且等待其他协程往此通道写入值。

因此,读操作将被阻塞。类似的,如果你发送数据到一个通道,它将阻塞当前协程直到有其他协程从通道中读取数据。此时写操作将阻塞 。

下面是一个主线程在进行通道操作的时候造成死锁的例子

package main
import "fmt"
func main() {
    fmt.Println("main start")
    // main 函数的第一个语句是打印 main start 到控制台。
    channel := make(chan string)
    // 在 main 函数中使用 make 函数创建一个 string 类型的通道赋值给 ‘ channel ' 变量
    channel <- "GoLang"
    // 给通道 channel 传入一个数据 DEMO.
    // 此时主线程将阻塞直到有协程接收这个数据. Go 的调度器开始调度协程接收通道 channel 的数据
    // 但是由于没有协程接受,没有协程是可被调度的。所有协程都进入休眠状态,即是主程序阻塞了。
    fmt.Println("main stop")
}
/*
报错
main start
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!  //所有协程都进入休眠状态,死锁
goroutine 1 [chan send]:
main.main()
*/

关闭通道

package main
import "fmt"
func RushChan(c chan string) {
    <- c
    fmt.Println("1")
    <- c
    fmt.Println("2")
}
func main() {
    fmt.Println("main start")
    c := make(chan string1)
    go RushChan(c)
    c <- "Demo1"
    close(c)
    /*
    不能向一个关了的channel发信息
    main start
    panic: send on closed channel
    */

    c <- "Demo2"
    //close(c)
    /*
    close 放这里的话可以
    main start
    1
    2
    Main Stop
    */

    fmt.Println("Main Stop")
}

第一个操作 c <- "Demo2" 将阻塞协程直到有其他协程从此通道中读取数据,因此 greet 会被调度器调度执行。

第一个操作 <-c 是非阻塞的 因为现在通道c有数据可读。

第二个操作 <-c将被阻塞因为通道c已经没数据可读.

此时main协程将被激活并且程序执行close(c)关闭通道操作。

缓冲区

c := make(chan Type, n)

当缓冲区参数不是 0 的时候。协程将不会阻塞除非缓冲区被填满。

当缓冲区满了之后,想要再往缓冲区发送数据只有等到有其他协程从缓冲区接收数据, 此时的发送协程是阻塞的。

有一点需要注意, 读缓冲区的操作是渴望式读取,意味着一旦读操作开始它将读取缓冲区所有数据,直到缓冲区为空。

原理上来说读操作的协程将不会阻塞直到缓冲区为空。

package main
import "fmt"
func RushChan(c chan string) {
    for {
        val ,_ := <-c
        fmt.Println(val)
    }
}
func main() {
    fmt.Println("Main Start")
    c := make(chan string1)
    go RushChan(c)
    c <- "Demo1" //结果1
    //c <- "Demo2"  //结果2
    fmt.Println("Main Stop")
}
/*
结果1:
Main Start
Main Stop
*/

/*
结果2:
Main Start
Join
Mike
Main Stop
*/

由于这是一个缓冲的通道,当我只有c <- Demo1的时候,这里面只是满了,但是是不会阻塞的。所以子协程接受到了这个数据Demo1,但是由于是非阻塞,所以主线程没有被阻塞,并没有等子协程完成就结束了,结果1就是这样出现了。

当加多一个c <- Demo2 的时候,这时就要等缓冲区空了,也就是等有协程把Demo1读取,所以就会导致主线程阻塞,此时的结果就是结果2了。

package main
import "fmt"
func RushChan(c chan string) {
    for {
        val ,_ := <-c
        fmt.Println(val)
    }
}
func main() {
    c := make(chan int,3)
    c <- 1
    c <- 2
    c <- 3
    close(c)
    for elem := range c {
        fmt.Println(elem)
    }
}

这里虽然关闭了通道,但是其实数据不仅在通道里面,数据还在缓冲区中的,我们依然可以读取到这个数据。

通道的长度和容量

和切片类似,一个缓冲通道也有长度和容量。
通道的长度是其内部缓冲队列未读的数据量,而通道的容量是缓冲区可最大盛放的数据量。

我们可以使用 len 函数去计算通道的长度,使用 cap 函数去获得通道的容量。和切片用法神似

package main
import "fmt"
func RushChan(c chan string) {
    for {
        val ,_ := <-c
        fmt.Println(val)
    }
}
func main() {
    c := make(chan int,3)
    c <- 1
    c <- 2
    fmt.Println("长度: ",len(c))
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println("长度: ",len(c))
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println("长度: ",len(c))
    fmt.Println("容量: ",cap(c))
}
/*
结果:
长度:  2
1
长度:  1
2
长度:  0
容量:  3
*/

这个 c 通道容量为 3,但只盛放了 2 个数据。Go 就不用去阻塞主线程去调度其他协程。你也可以在主线程中去读取这些数据,因为虽然通道没有放满,也不会阻止你去从通道读取数据。

单向通道

目前为止,我们已经学习到可以双向传递数据的通道,或者说,我们可以对通道做读操作和写操作。但是事实上我们也可以创建单向通道。比如只读通道只允许读操作,只写通道只允许写操作。

单向通道也可以使用 make 函数创建,不过需要额外加一个箭头语法。

roc := make(<-chan int)
soc := make(chan<- int)

在上面的程序中, roc 是一个只读通道,<- 在 chan 关键词前面。 soc is 只写通道,<- 在 chan 关键词后面。 他们也算不同的数据类型。

但是单向通道有什么作用呢 ?

使用单向通道可以 提高程序的类型安全性, 使得程序不容易出错。

但是假如你在一个协程中只需要读操作某通道,但是在主线程中却需要读写操作这个通道该怎么办呢?

幸运的是 Go 提供了一个简单的语法去把双向通道转化为单向通道。

package main
import "fmt"
func greet(roc <-chan string) {
    fmt.Println("Hello " + <-roc ,"!")
}
func main() {
    fmt.Println("Main Start")
    c := make(chan string)
    go greet(c)
    c <- "Demo"
    fmt.Println("Main Stop")
}
/*
结果
Main Start
Hello Demo !
Main Stop
*/

我们修改 greet 协程函数,把参数 c 类型从双向通道改成单向接收通道。

现在我们只能从通道中读取数据,通道上的任何写入操作将会发生错误:

“invalid operation: roc <- “Temp” (send to receive-only type <-chan string)”.

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文章链接:https://www.jb51.net/article/228730.htm

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