channel为什么叫channel(原来channel有这么多用法)

channel为什么叫channel(原来channel有这么多用法)(1)

这篇文章总结了channel的11种常用操作,以一个更高的视角看待channel,会给大家带来对channel更全面的认识。

在介绍11种操作前,先简要介绍下channel的使用场景、基本操作和注意事项。

channel的使用场景

把channel用在数据流动的地方

  1. 消息传递、消息过滤
  2. 信号广播
  3. 事件订阅与广播
  4. 请求、响应转发
  5. 任务分发
  6. 结果汇总
  7. 并发控制
  8. 同步与异步
channel的基本操作和注意事项

channel存在3种状态:

  1. nil,未初始化的状态,只进行了声明,或者手动赋值为nil
  2. active,正常的channel,可读或者可写
  3. closed,已关闭,千万不要误认为关闭channel后,channel的值是nil

channel可进行3种操作:

  1. 关闭

把这3种操作和3种channel状态可以组合出9种情况:

操作nil的channel正常channel已关闭channel<- ch阻塞成功或阻塞读到零值ch <-阻塞成功或阻塞panicclose(ch)panic成功panic

对于nil通道的情况,也并非完全遵循上表,有1个特殊场景:当nil的通道在select的某个case中时,这个case会阻塞,但不会造成死锁。

参考代码请看:https://dave.cheney.net/2014/03/19/channel-axioms

下面介绍使用channel的10种常用操作。

1. 使用for range读channel

场景

当需要不断从channel读取数据时。

原理

使用for-range读取channel,这样既安全又便利,当channel关闭时,for循环会自动退出,无需主动监测channel是否关闭,可以防止读取已经关闭的channel,造成读到数据为通道所存储的数据类型的零值。

用法

for x := range ch{ fmt.Println(x) }

2. 使用v,ok := <-ch select操作判断channel是否关闭

场景

v,ok := <-ch select操作判断channel是否关闭

原理

ok的结果和含义:

- `true`:读到通道数据,不确定是否关闭,可能channel还有保存的数据,但channel已关闭。 - `false`:通道关闭,无数据读到。

从关闭的channel读值读到是channel所传递数据类型的零值,这个零值有可能是发送者发送的,也可能是channel关闭了。

_, ok := <-ch与select配合使用的,当ok为false时,代表了channel已经close。下面解释原因,_,ok := <-ch对应的函数是func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool),入参block含义是当前goroutine是否可阻塞,当block为false代表的是select操作,不可阻塞当前goroutine的在channel操作,否则是普通操作(即_, ok不在select中)。返回值selected代表当前操作是否成功,主要为select服务,返回received代表是否从channel读到有效值。它有3种返回值情况:

  1. block为false,即执行select时,如果channel为空,返回(false,false),代表select操作失败,没接收到值。
  2. 否则,如果channel已经关闭,并且没有数据,ep即接收数据的变量设置为零值,返回(true,false),代表select操作成功,但channel已关闭,没读到有效值。
  3. 否则,其他读到有效数据的情况,返回(true,ture)。

我们考虑_, ok := <-ch和select结合使用的情况。

情况1:当chanrecv返回(false,false)时,本质是select操作失败了,所以相关的case会阻塞,不会执行,比如下面的代码:

func main() { ch := make(chan int) select { case v, ok := <-ch: fmt.Printf("v: %v, ok: %v\n", v, ok) default: fmt.Println("nothing") } } // 结果: // nothing

情况2:下面的结果会是零值和false:

func main() { ch := make(chan int) // 增加关闭 close(ch) select { case v, ok := <-ch: fmt.Printf("v: %v, ok: %v\n", v, ok) } } // v: 0, ok: false

情况3的received为true,即_, ok中的ok为true,不做讨论了,只讨论ok为false的情况。

最后ok为false的时候,只有情况2,此时channel必然已经关闭,我们便可以在select中用ok判断channel是否已经关闭。

用法

下面例子展示了,向channel写数据然后关闭,依然可以从已关闭channel读到有效数据,但channel关闭且没有数据时,读不到有效数据,ok为false,可以确定当前channel已关闭。

// demo_select6.go func main() { ch := make(chan int, 1) // 发送1个数据关闭channel ch <- 1 close(ch) print("close channel\n") // 不停读数据直到channel没有有效数据 for { select { case v, ok := <-ch: print("v: ", v, ", ok:", ok, "\n") if !ok { print("channel is close\n") return } default: print("nothing\n") } } } // 结果 // close channel // v: 1, ok:true // v: 0, ok:false // channel is close

更多见golang_step_by_step/channel/ok仓库中ok和select的示例,或者阅读channel源码。

3. 使用select处理多个channel

场景

需要对多个通道进行同时处理,但只处理最先发生的channel时

原理

select可以同时监控多个通道的情况,只处理未阻塞的case。当通道为nil时,对应的case永远为阻塞,无论读写。特殊关注:普通情况下,对nil的通道写操作是要panic的

用法

// 分配job时,如果收到关闭的通知则退出,不分配job func (h *Handler) handle(job *Job) { select { case h.jobCh<-job: return case <-h.stopCh: return } }

4. 使用channel的声明控制读写权限

场景

协程对某个通道只读或只写时

目的:

  1. 使代码更易读、更易维护,
  2. 防止只读协程对通道进行写数据,但通道已关闭,造成panic。

用法

  • 如果协程对某个channel只有写操作,则这个channel声明为只写。
  • 如果协程对某个channel只有读操作,则这个channe声明为只读。

// 只有generator进行对outCh进行写操作,返回声明 // <-chan int,可以防止其他协程乱用此通道,造成隐藏bug func generator(int n) <-chan int { outCh := make(chan int) go func(){ for i:=0;i<n;i { outCh<-i } }() return outCh } // consumer只读inCh的数据,声明为<-chan int // 可以防止它向inCh写数据 func consumer(inCh <-chan int) { for x := range inCh { fmt.Println(x) } }

5. 使用缓冲channel增强并发

场景

异步

原理

有缓冲通道可供多个协程同时处理,在一定程度可提高并发性。

用法

// 无缓冲 ch1 := make(chan int) ch2 := make(chan int, 0) // 有缓冲 ch3 := make(chan int, 1)

// 使用5个`do`协程同时处理输入数据 func test() { inCh := generator(100) outCh := make(chan int, 10) for i := 0; i < 5; i { go do(inCh, outCh) } for r := range outCh { fmt.Println(r) } } func do(inCh <-chan int, outCh chan<- int) { for v := range inCh { outCh <- v * v } }

6. 为操作加上超时

场景

需要超时控制的操作

原理

使用select和time.After,看操作和定时器哪个先返回,处理先完成的,就达到了超时控制的效果

用法

func doWithTimeOut(timeout time.Duration) (int, error) { select { case ret := <-do(): return ret, nil case <-time.After(timeout): return 0, errors.New("timeout") } } func do() <-chan int { outCh := make(chan int) go func() { // do work }() return outCh }

7. 使用time实现channel无阻塞读写

场景

并不希望在channel的读写上浪费时间

原理

是为操作加上超时的扩展,这里的操作是channel的读或写

用法

func unBlockRead(ch chan int) (x int, err error) { select { case x = <-ch: return x, nil case <-time.After(time.Microsecond): return 0, errors.New("read time out") } } func unBlockWrite(ch chan int, x int) (err error) { select { case ch <- x: return nil case <-time.After(time.Microsecond): return errors.New("read time out") } }

注:time.After等待可以替换为default,则是channel阻塞时,立即返回的效果

8. 使用close(ch)关闭所有下游协程

场景

退出时,显示通知所有协程退出

原理

所有读ch的协程都会收到close(ch)的信号

用法

func (h *Handler) Stop() { close(h.stopCh) // 可以使用WaitGroup等待所有协程退出 } // 收到停止后,不再处理请求 func (h *Handler) loop() error { for { select { case req := <-h.reqCh: go handle(req) case <-h.stopCh: return } } }

9. 使用chan struct{}作为信号channel

场景

使用channel传递信号,而不是传递数据时

原理

没数据需要传递时,传递空struct

用法

// 上例中的Handler.stopCh就是一个例子,stopCh并不需要传递任何数据 // 只是要给所有协程发送退出的信号 type Handler struct { stopCh chan struct{} reqCh chan *Request }

10. 使用channel传递结构体的指针而非结构体

场景

使用channel传递结构体数据时

原理

channel本质上传递的是数据的拷贝,拷贝的数据越小传输效率越高,传递结构体指针,比传递结构体更高效

用法

reqCh chan *Request // 好过 reqCh chan Request

11. 使用channel传递channel

场景

使用场景有点多,通常是用来获取结果。

原理

channel可以用来传递变量,channel自身也是变量,可以传递自己。

用法

下面示例展示了有序展示请求的结果,另一个示例可以见另外文章的版本3。

package main import ( "fmt" "math/rand" "sync" "time" ) func main() { reqs := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} // 存放结果的channel的channel outs := make(chan chan int, len(reqs)) var wg sync.WaitGroup wg.Add(len(reqs)) for _, x := range reqs { o := handle(&wg, x) outs <- o } go func() { wg.Wait() close(outs) }() // 读取结果,结果有序 for o := range outs { fmt.Println(<-o) } } // handle 处理请求,耗时随机模拟 func handle(wg *sync.WaitGroup, a int) chan int { out := make(chan int) go func() { time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(3)) * time.Second) out <- a wg.Done() }() return out }

推荐阅读

本文介绍的channel特性,大多在过去的文章中已详细介绍,可按需求阅读。

  1. Golang 并发模型系列:3. 并发协程的优雅退出
  2. Golang并发模型系列:4. 轻松入门 select
  3. Golang并发模型系列:5. select进阶
  4. Golang并发模型系列:6. 轻松入门协程池
  5. Go并发,虽然官方推荐 channel,但到底是channel还是锁?
如果这篇文章对你有帮助,不妨关注下我的Github,有文章会收到通知。本文作者:大彬如果喜欢本文,随意转载,但请保留此原文链接:http://lessisbetter.site/2019/01/20/golang-channel-all-usage/

channel为什么叫channel(原来channel有这么多用法)(2)

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