Golang Channel发送和接收

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Go中Channel发送和接收操作指南

1. 前言

先来看一道面试题:

对已经关闭的 chan 进行读写,会怎么样?为什么?

在golang中channel属于较为核心的一个功能,尤其在go协程中,channel功能尤为重要;如果多个任务之间需要通信,可能就要用到通道(channel)。

2. Channel的定义

声明并初始化一个通道,可以使用 Go 语言的内建函数 make,同时指定该通道类型的元素类型,下面声明了一个 chan int 类型的 channel:

3. Channel的操作

  • 发送(写):发送操作包括了"复制元素值"和"放置副本到通道内部"这两个步骤。即:进入通道的并不是操作符右边的那个元素值,而是它的副本。

  • 接收(读):接收操作包含了"复制通道内的元素值"、"放置副本到接收方"、"删掉原值"三个步骤。

  • 关闭:关闭 channel 会产生一个广播机制,所有向 channel 读取消息的 goroutine 都会收到消息。

从一个已关闭的 channel 中读取消息永远不会阻塞,并且会返回一个为 false 的 ok-idiom,可以用它来判断 channel 是否关闭:

如果 ok 是false,表明接收的 v 是产生的零值,这个 channel 被关闭了或者为空。

4. 三、Channel发送和接收操作的特点

  • 一个通道相当于一个先进先出(FIFO)的队列:也就是说,通道中的各个元素值都是严格地按照发送的顺序排列的,先被发送通道的元素值一定会先被接收。

  • 对于同一个通道,发送操作之间和接收操作之间是互斥的:同一时刻,对同一通道发送多个元素,直到这个元素值被完全复制进该通道之后,其他针对该通道的发送操作才可能被执行。接收也是如此。

  • 发送操作和接收操作中,对元素值的处理是不可分割的:前面我们知道发送一个值到通道,是先复制值,再将该副本移动到通道内部,"不可分割"指的是发送操作要么还没复制元素值,要么已经复制完毕,绝不会出现只复制了一部分的情况。接收也是同理,在准备好元素值的副本之后,一定会删除掉通道中的原值,绝不会出现通道中仍有残留的情况。

  • 发送操作和接收操作在完全完成之前会被阻塞:发送操作包括了"复制元素值"和"放置副本到通道内部"这两个步骤。在这两个步骤完全完成之前,发起这个发送操作的那句代码会一直阻塞在那里,在它之后的代码不会有执行的机会,直到阻塞解除。

5. Channel的类型

channel 分为不带缓存的 channel 和带缓存的 channel。

使用 make 声明一个通道类型变量时,除了指定通道的元素类型,还可以指定通道的容量,也就是通道最多可以缓存多少个元素值,当容量为 0 时,该通道为非缓冲通道,当容量大于 0 时,该通道为带有缓冲的通道。

非缓冲通道和缓冲通道有着不同的数据传递方式:

  • 非缓冲通道:无论是发送操作还是接收操作,一开始执行就会被阻塞,直到配对的操作也开始执行,才会继续传递。即:只有收发双方对接上了,数据才会被传递。数据直接从发送方复制到接收方。非缓冲通道传递数据的方式是同步的。
  • 缓冲通道:如果通道已满,对它的所有发送操作都会被阻塞,直到通道中有元素值被接收走。反之,如果通道已空,那么对它的所有接收操作都会被阻塞,直到通道中有新的元素值出现。元素值会先从发送方复制到缓冲通道,之后再由缓冲通道复制给接收方。缓冲通道传递数据的方式是异步的。

6. Channel的源码学习

Channel 的主要实现在 src/runtime/chan.go 中,go 版本为 go version go1.14.6 darwin/amd64这里主要看 chansend 如何实现的。

从代码中可以看到:

  • 有 goroutine 阻塞在 channel recv 队列上,此时缓存队列为空,直接将消息发送给 reciever goroutine,只产生一次复制。
  • 当 channel 缓存队列有剩余空间时,将数据放到队列里,等待接收,接收后总共产生两次复制。
  • 当 channel 缓存队列已满时,将当前 goroutine 加入 send 队列并阻塞。

所以,开头的面试题就有了答案:

  • 读:

    读已经关闭的 chan,能一直读到内容,但是读到的内容根据通道内关闭前是否有元素而不同。
    如果 chan 关闭前,buffer 内有元素还未读,会正确读到 chan 内的值,且返回的第二个 bool 值为 true;
    如果 chan 关闭前,buffer 内有元素已经被读完,chan 内无值,返回 channel 元素的零值,第二个 bool 值为 false。

  • 写:

    写已经关闭的 chan 会 panic。

7. 参考

原文转载自Go中Channel发送和接收操作指南

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