Go 通道 Chan 详解

首先我们来看线程,在golang里面也叫goroutine

Go 语言 select 语句

select是Go中的一个控制结构，类似于用于通信的switch语句。每个case必须是一个通信操作，要么是发送要么是接收。

select随机执行一个可运行的case。如果没有case可运行，它将阻塞，直到有case可运行。一个默认的子句应该总是可运行的。

语法

Go 编程语言中 select 语句的语法如下：

select {
    case communication clause  :
       statement(s);      
    case communication clause  :
       statement(s); 
    /* 你可以定义任意数量的 case */
    default : /* 可选 */
       statement(s);
}

以下描述了 select 语句的语法：

• 每个case都必须是一个通信
• 所有channel表达式都会被求值
• 所有被发送的表达式都会被求值
• 如果任意某个通信可以进行，它就执行；其他被忽略。
• 如果有多个case都可以运行，Select会随机公平地选出一个执行。其他不会执行。 
  否则：
  1. 如果有default子句，则执行该语句。
  2. 如果没有default字句，select将阻塞，直到某个通信可以运行；Go不会重新对channel或值进行求值。

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1. package main  
2.   
3. import (  
4.     "fmt"  
5. )  
6.   
7. func main() {  
8.     var chan_test chan interface{}    //双项通道  
9.     var read_test <-chan interface{}  //单项通道 只支持 读  
10.     var write_test chan<- interface{} //单项通道 只支持 写  
11.     read_test <- "xiao"               //会报错。因为这个通道 只是单项通道只支持读 不支持写  
12.     <-write_test                      //会报错。因为这个通道 只是单项通道只支持写 不支持读  
13.     fmt.Println(chan_test)  
14.     fmt.Println(read_test)  
15.     fmt.Println(write_test)  
16. } 

我们需要了解一下并发与并行。golang的线程是一种并发机制，而不是并行。它们之间的区别大家可以上网搜一下，网上有很多的介绍。

下面我们先来看一个例子吧

import(
         "fmt"
)

funcmain(){

    go fmt.Println("1")
    fmt.Println("2")    
}

在golang里面，使用go这个关键字，后面再跟上一个函数就可以创建一个线程。后面的这个函数可以是已经写好的函数，也可以是一个匿名函数

funcmain(){

    var i=3

    go func(a int) {
        fmt.Println(a)
        fmt.Println("1")
    }(i)
    fmt.Println("2")

}

上面的代码就创建了一个匿名函数，并且还传入了一个参数i，下面括号里的i是实参，a是形参。

那么上面的代码能按照我们预想的打印1、2、3吗？告诉你们吧，不能，程序只能打印出2。下面我把正确的代码贴出来吧

import(

    "fmt"
    "time"    
)
funcmain(){

    var i = 3
    go func(a int) {
        fmt.Println(a)
        fmt.Println("1")
    }(i)
    fmt.Println("2")
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

我只是在最后加了一行让主线程休眠一秒的代码，程序就会依

次打印出2、3、1。 
那为什么会这样呢？因为程序会优先执行主线程，主线程执行完成后，程序会立即退出，没有多余的时间去执行子线程。如果在程序的最后让主线程休眠1秒钟，那程序就会有足够的时间去执行子线程。

线程先讲到这里，下面我们来看看通道吧。

通道又叫channel，顾名思义，channel的作用就是在多线程之间传递数据的。

创建无缓冲channel

chreadandwrite :=make(chan int)

chonlyread := make(<-chan int) //创建只读channel 
chonlywrite := make(chan<- int) //创建只写channel 
下面我们来看一个例子：

    ch :=make(chan int)     
    ch <- 1
      go func() {
        <-ch
        fmt.Println("1")
      }()
      fmt.Println("2")  

这段代码执行时会出现一个错误：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

这个错误的意思是说线程陷入了死锁，程序无法继续往下执行。那么造成这种错误的原因是什么呢？

我们创建了一个无缓冲的channel，然后给这个channel赋值了，程序就是在赋值完成后陷入了死锁。因为我们的channel是无缓冲的，即同步的，赋值完成后来不及读取channel，程序就已经阻塞了。这里介绍一个非常重要的概念：channel的机制是先进先出，如果你给channel赋值了，那么必须要读取它的值，不然就会造成阻塞，当然这个只对无缓冲的channel有效。对于有缓冲的channel，发送方会一直阻塞直到数据被拷贝到缓冲区；如果缓冲区已满，则发送方只能在接收方取走数据后才能从阻塞状态恢复。

对于上面的例子有两种解决方案：

1、给channel增加缓冲区，然后在程序的最后让主线程休眠一秒，代码如下：

    ch :=make(chan int,1)
    ch <- 1
    go func() {
        v := <-ch
        fmt.Println(v)
    }()
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("2")

这样的话程序就会依次打印出1、2

2、把ch<-1这一行代码放到子线程代码的后面，代码如下：

    ch :=make(chan int)

    go func() {
        v := <-ch
        fmt.Println(v)
    }()
    ch <- 1
    fmt.Println("2")

这里就不用让主线程休眠了，因为channel在主线程中被赋值后，主线程就会阻塞，直到channel的值在子线程中被取出。

最后我们看一个生产者和消费者的例子：

import (

    "fmt"
    "time"
)
func produce(p chan<- int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p <- i
        fmt.Println("send:", i)
    }
}
func consumer(c <-chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        v := <-c
        fmt.Println("receive:", v)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int)
    go produce(ch)
    go consumer(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这段代码中，因为channel是没有缓冲的，所以当生产者给channel赋值后，生产者这个线程会阻塞，直到消费者线程将channel中的数据取出。消费者第一次将数据取出后，进行下一次循环时，消费者的线程也会阻塞，因为生产者还没有将数据存入，这时程序会去执行生产者的线程。程序就这样在消费者和生产者两个线程间不断切换，直到循环结束。

下面我们再看一个带缓冲的例子：

import (

    "fmt"
    "time"
)
func produce(p chan<- int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p <- i
        fmt.Println("send:", i)
    }
}
func consumer(c <-chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        v := <-c
        fmt.Println("receive:", v)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int, 10)
    go produce(ch)
    go consumer(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这个程序中，缓冲区可以存储10个int类型的整数，在执行生产者线程的时候，线程就不会阻塞，一次性将10个整数存入channel，在读取的时候，也是一次性读取。

channels 是 goroutines之间通信的工具， 可以理解为管道， 虽然go也提供共享变量的方式， 但是更加推荐使用channel

func TestChan(t *testing.T) {
    c := make(chan int)

    go func() {
        c <- 48
    }()

    fmt.Println(<- c)
    // 保持持续运行
    holdRun()
}

func holdRun() {
    time.Sleep(1 * time.Hour)
}

c := make(chan int)    声明一个  传输整形 的unbuffer  chan,（接收消息和发送消息者将会阻塞，直到channel ”可用“）

<-  操作符用来接受和发送消息   chan <- 48    发送“48“ 进入管道，   <-chan   接收消息

如果： c: = make(chan int, 10)   声明一个  传输整形 的buffer  chan， 容量为10， 接收消息将可以立即返回除非channel里面没有消息， 发送者返回除非容量满

func TestDeadLock(t *testing.T) {
    c := make(chan int)
    c <- 42
    val := <-c
    fmt.Println(val)
}

func TestDeadLock1(t *testing.T) {
    c := make(chan int)
    //c := make(chan int, 0)

    go func() {
        c <- 48
    }()

    val := <-c
    fmt.Println(val)

}

func TestDeadLock2(t *testing.T) {
    c := make(chan int, 1)
    c <- 42
    val := <-c
    fmt.Println(val)
}

对于方法， TestDeadLock  将：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! 因为c <- 42 将会一直阻塞，直到出现消费者， 无容量的chan是同步， 正确的写法是 TestDeadLock1 这样不会死锁， 或者  TestDeadLock2 也不会死锁

func TestChan(t *testing.T) {
    c := make(chan int,  10)

    go func() {
        c <- 48
        c <- 96
        time.Sleep(2 * time.Second)
        c <- 200
    }()

    time.Sleep(1 * time.Second)
    for v := range c {
        fmt.Println(v)
    }

    // 保持持续运行
    holdRun()
}

chan  可以配合 range 使用， 相当于每次foreach 每次去取一次

func TestDChan(t *testing.T) {
    c := make(chan int)
    go f1(c)

    holdRun()
}

func f1(c chan <- int) {
    c <- 0
    <- c
}

f1的参数类型是  chan <- int   表明 这个chan单向的， 只能用来接收。 f1函数编译错误：invalid operation: <-c (receive from send-only type chan<- int)

相对应的发送的chan  ： c <-chan string

select 关键字可以和  chan使用， 类似与switch

func TestSelect(t *testing.T) {
    c1 := make(chan int)
    c2 := make(chan int, 10)
    c3 := make(chan int, 20)

    go func(c1, c2, c3 chan<- int) {
        for {

            time.Sleep(1 * time.Second)
            c1 <- 1
            time.Sleep(3 * time.Second)
            c2 <- 2
            time.Sleep(1 * time.Second)
            c3 <- 3
        }

    }(c1, c2, c3)

    for {
        select {
        case int1 := <-c1:
            fmt.Println("c1 value :", int1)
        case int2 := <-c2:
            fmt.Println("c2 value :", int2)
        case int3 := <-c3:
            fmt.Println("c3 vaule :", int3)
        case <-time.After(2 * time.Second):
            fmt.Println("timeount")
        }

    }
}

select 将阻塞直到有一个chan ready或者 超时，即 time.After

select {
        case int1 := <-c1:
            fmt.Println("c1 value :", int1)
        case int2 := <-c2:
            fmt.Println("c2 value :", int2)
        case int3 := <-c3:
            fmt.Println("c3 vaule :", int3)
        default:
            fmt.Println("nothing ready")
        }

select 将不会阻塞， 直接执行 default

1、通道关闭时间： 
一般紧跟在往通道输入最后一个数据之后。

    jobs := make(chan int, 5)
    for i := 1; i < 4; i++ {
        jobs <- i
        fmt.Println("sent job", i)
        //      if i == 3 {
        //          close(jobs)
        //      }
    }
    close(jobs)

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2、读取关闭的无缓存通道： 
读取关闭后的无缓存通道，不管通道中是否有数据，返回值都为0和false。

    done := make(chan int)
    go func() {
        done <- 1
    }()
    close(done)
    for i ：= 1; i <= 3; i++ {
        t, ok := <-done
        fmt.Println(i, ":", t, ok)
    }

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运行结果： 
1：0 false 
2：0 false 
3：0 false

3、读取关闭的有缓存通道： 
读取关闭后的有缓存通道，将缓存数据读取完后，再读取返回值为0和false。

    done := make(chan int， 1)
    go func() {
        done <- 1
    }()
    close(done)
    for i ：= 1; i <= 3; i++ {
        t, ok := <-done
        fmt.Println(i, ":", t, ok)
    }

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运行结果： 
1：1 true 
2：0 false 
3：0 false

4、range遍历通道： 
通道写完后，必须关闭通道，否则range遍历会出现死锁。

附 ：

    time.Afer 实现：

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

func NewTimer(d Duration) *Timer {
    c := make(chan Time, 1)
    t := &Timer{
        C: c,
        r: runtimeTimer{
            when: when(d),
            f:    sendTime,
            arg:  c,
        },
    }
    startTimer(&t.r)
    return t
}

NewTimer 返回一个 timer （timer是一个一次性时间，d 时间后 发送当前时间给  C） ， 由于C在此之前会一直阻塞。从而达到超时的效果

1.广播

当一个通道关闭时, 所有此通道的读取都会退出阻塞. 利用此特性可以实现广播功能

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    c := make(chan bool)

    for i := 0; i < 5; i++ {
        go func(n int) {
            <-c //读取到数据或通道关闭时会退出阻塞
            fmt.Println("收到通知:", n)
        }(i)

    }

    fmt.Println("广播通知")
    close(c) //关闭通道, 广播通知

    time.Sleep(time.Second * 1) //等待其它协程处理

}

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2.同时读取多个通道

有时需要监视多个通道, 这个时候可以使用select

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    c1 := make(chan int)
    c2 := make(chan int)

    go func() {
        var n int
        select {
        case n = <-c1:
        case n = <-c2:
        }
        fmt.Println("数据:", n)
    }()

    fmt.Println("写入")
    c1 <- 1
    //c2 <- 2

    close(c1)
    close(c2)

    time.Sleep(time.Second * 1) //等待其它协程处理

}

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3.超时

channel本身无法设置超时, 可以使用select和定时器实现超时功能

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    c := make(chan int, 1)

    go func() {
        timeout := false
        var n int

        select {
        case n = <-c:
        case <-time.After(time.Second * 1):
            timeout = true
        }

        if timeout {
            fmt.Println("超时")
        } else {
            fmt.Println("读取到数据:", n)
        }
    }()

    time.Sleep(time.Second * 2)
    c <- 2

    time.Sleep(time.Second * 3) //等待其它协程处理

}