超實(shí)用的Golang通道指南之輕松實(shí)現(xiàn)并發(fā)編程

更新時(shí)間：2023年04月25日 11:45:23 作者：金刀大菜牙

Golang?中的通道是一種高效、安全、靈活的并發(fā)機(jī)制，用于在并發(fā)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步和傳遞。本文主要介紹了如何利用通道輕松實(shí)現(xiàn)并發(fā)編程，需要的可以參考一下

1. 什么是 Golang 通道

Golang 中的通道是一種高效、安全、靈活的并發(fā)機(jī)制，用于在并發(fā)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步和傳遞。通道提供了一個(gè)線程安全的隊(duì)列，只允許一個(gè) goroutine 進(jìn)行讀操作，另一個(gè) goroutine 進(jìn)行寫(xiě)操作。通過(guò)這種方式，通道可以有效地解決并發(fā)編程中的競(jìng)態(tài)條件、鎖問(wèn)題等常見(jiàn)問(wèn)題。

通道有兩種類(lèi)型：有緩沖通道和無(wú)緩沖通道。在通道創(chuàng)建時(shí)，可以指定通道的容量，即通道緩沖區(qū)的大小，如果不指定則默認(rèn)為無(wú)緩沖通道。

2. Golang 通道的基本語(yǔ)法

Golang 通道的基本語(yǔ)法非常簡(jiǎn)單，使用 make 函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)通道：

 ch := make(chan int)

這行代碼創(chuàng)建了一個(gè)名為 ch 的通道，通道的數(shù)據(jù)類(lèi)型為 int。通道的讀寫(xiě)操作可以使用箭頭符號(hào) <-，<- 表示從通道中讀取數(shù)據(jù)，-> 表示向通道中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。例如：

 ch := make(chan int)
 ch <- 1 // 向通道中寫(xiě)入數(shù)據(jù)1
 x := <- ch // 從通道中讀取數(shù)據(jù)，并賦值給變量x

3. Golang 通道的緩沖機(jī)制

在 Golang 中，通道還支持緩沖機(jī)制。通道的緩沖區(qū)可以存儲(chǔ)一定量的數(shù)據(jù)，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，向通道寫(xiě)入數(shù)據(jù)將阻塞。當(dāng)通道緩沖區(qū)為空時(shí)，從通道讀取數(shù)據(jù)將阻塞。使用緩沖機(jī)制可以增加程序的靈活性和并發(fā)性能。

緩沖區(qū)大小為 0 的通道稱(chēng)為無(wú)緩沖通道。無(wú)緩沖通道的發(fā)送和接收操作都是阻塞的，因此必須有接收者準(zhǔn)備好接收才能進(jìn)行發(fā)送操作，反之亦然。這種機(jī)制確保了通道的同步性，即在通道操作前后，發(fā)送者和接收者都會(huì)被阻塞，直到對(duì)方做好準(zhǔn)備。

3.1 有緩沖通道

有緩沖通道的創(chuàng)建方式為：

 ch := make(chan int, 3)

這行代碼創(chuàng)建了一個(gè)名為 ch 的通道，通道的數(shù)據(jù)類(lèi)型為 int，通道緩沖區(qū)的大小為 3。向有緩沖通道寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，如果緩沖區(qū)未滿，則寫(xiě)操作將成功，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行。如果緩沖區(qū)已滿，則寫(xiě)操作將阻塞，直到有空閑緩沖區(qū)可用。

從有緩沖通道讀取數(shù)據(jù)時(shí)，如果緩沖區(qū)不為空，則讀操作將成功，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行。如果緩沖區(qū)為空，則讀操作將阻塞，直到有數(shù)據(jù)可讀取。

3.2 無(wú)緩沖通道

無(wú)緩沖通道的創(chuàng)建方式為：

 ch := make(chan int)

這行代碼創(chuàng)建了一個(gè)名為ch的通道，通道的數(shù)據(jù)類(lèi)型為 int，通道緩沖區(qū)的大小為 0。無(wú)緩沖通道的發(fā)送和接收操作都是阻塞的，因此必須有接收者準(zhǔn)備好接收才能進(jìn)行發(fā)送操作，反之亦然。

4. Golang 通道的超時(shí)和計(jì)時(shí)器

在并發(fā)編程中，常常需要對(duì)通道進(jìn)行超時(shí)和計(jì)時(shí)操作。Golang 中提供了 time 包來(lái)實(shí)現(xiàn)超時(shí)和計(jì)時(shí)器。

4.1 超時(shí)機(jī)制

在 Golang 中，可以使用 select 語(yǔ)句和 time.After 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)通道的超時(shí)操作。例如：

 select {
     case data := <-ch:
         fmt.Println(data)
     case <-time.After(time.Second):
         fmt.Println("timeout")
 }

這段代碼中，select 語(yǔ)句監(jiān)聽(tīng)了通道 ch 和 time.After(time.Second) 兩個(gè)信道，如果 ch 中有數(shù)據(jù)可讀，則讀取并輸出數(shù)據(jù)；如果等待 1 秒鐘后仍然沒(méi)有數(shù)據(jù)，則超時(shí)并輸出 timeout。

4.2 計(jì)時(shí)器機(jī)制

Golang 中提供了 time 包來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器機(jī)制?？梢允褂?time.NewTimer(duration) 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器會(huì)在 duration 時(shí)間后觸發(fā)一個(gè)定時(shí)事件。例如：

 timer := time.NewTimer(time.Second * 2)
 <-timer.C
 fmt.Println("Timer expired")

這段代碼創(chuàng)建了一個(gè)計(jì)時(shí)器，設(shè)定時(shí)間為 2 秒鐘，當(dāng)計(jì)時(shí)器到達(dá) 2 秒鐘時(shí)，會(huì)向 timer.C 信道中發(fā)送一個(gè)定時(shí)事件，程序通過(guò) <-timer.C 語(yǔ)句等待定時(shí)事件的到來(lái)，并在接收到定時(shí)事件后輸出 “Timer expired”。

5. Golang 通道的傳遞

在 Golang 中，通道是一種引用類(lèi)型，可以像普通變量一樣進(jìn)行傳遞。例如：

 func worker(ch chan int) {
     data := <-ch
     fmt.Println(data)
 }

 func main() {
     ch := make(chan int)
     go worker(ch)
     ch <- 1
     time.Sleep(time.Second)
 }

這段代碼中，main 函數(shù)中創(chuàng)建了一個(gè)名為ch的通道，并啟動(dòng)了一個(gè) worker goroutine，向 ch 通道中寫(xiě)入了一個(gè)數(shù)據(jù) 1。worker goroutine 中通過(guò) <-ch 語(yǔ)句從 ch 通道中讀取數(shù)據(jù)，并輸出到控制臺(tái)中。

6. 單向通道

在 Golang 中，可以通過(guò)使用單向通道來(lái)限制通道的讀寫(xiě)操作。單向通道只允許讀或?qū)懖僮鳎辉试S同時(shí)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。例如：

 func producer(ch chan<- int) {
     ch <- 1
 }

 func consumer(ch <-chan int) {
     data := <-ch
     fmt.Println(data)
 }

 func main() {
     ch := make(chan int)
     go producer(ch)
     go consumer(ch)
     time.Sleep(time.Second)
 }

這段代碼中，produce r函數(shù)和 consumer 函數(shù)分別用于向通道中寫(xiě)入數(shù)據(jù)和從通道中讀取數(shù)據(jù)。在函數(shù)的參數(shù)中，使用了單向通道限制參數(shù)的讀寫(xiě)操作。在 main 函數(shù)中，創(chuàng)建了一個(gè)名為 ch 的通道，并啟動(dòng)了一個(gè) producer goroutine 和一個(gè) consumer goroutine，producer 向 ch 通道中寫(xiě)入數(shù)據(jù)1，consumer 從 ch 通道中讀取數(shù)據(jù)并輸出到控制臺(tái)中。

7. 關(guān)閉通道

在 Golang 中，可以使用 close 函數(shù)來(lái)關(guān)閉通道。關(guān)閉通道后，通道的讀寫(xiě)操作將會(huì)失敗，讀取通道將會(huì)得到零值，寫(xiě)入通道將會(huì)導(dǎo)致 panic 異常。例如：

 ch := make(chan int)
 go func() {
     for i := 0; i < 5; i++ {
         ch <- i
     }
     close(ch)
 }()
 for data := range ch {
     fmt.Println(data)
 }

這段代碼中，創(chuàng)建了一個(gè)名為 ch 的通道，并在一個(gè) goroutine 中向通道中寫(xiě)入數(shù)據(jù) 0 到 4，并通過(guò) close 函數(shù)關(guān)閉通道。在主 goroutine 中，通過(guò) for...range 語(yǔ)句循環(huán)讀取通道中的數(shù)據(jù)，并輸出到控制臺(tái)中，當(dāng)通道被關(guān)閉時(shí)，for...range 語(yǔ)句會(huì)自動(dòng)退出循環(huán)。

在關(guān)閉通道后，仍然可以從通道中讀取已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)，例如：

 ch := make(chan int)
 go func() {
     for i := 0; i < 5; i++ {
         ch <- i
     }
     close(ch)
 }()
 for {
     data, ok := <-ch
     if !ok {
         break
     }
     fmt.Println(data)
 }

這段代碼中，通過(guò)循環(huán)讀取通道中的數(shù)據(jù)，并判斷通道是否已經(jīng)被關(guān)閉。當(dāng)通道被關(guān)閉時(shí)，讀取操作將會(huì)失敗，ok 的值將會(huì)變?yōu)?false，從而退出循環(huán)。

8. 常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景

通道是 Golang 并發(fā)編程中的重要組成部分，其常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

8.1 同步數(shù)據(jù)傳輸

通道可以被用來(lái)在不同的 goroutine 之間同步數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè) goroutine 需要等待另一個(gè)goroutine 的結(jié)果時(shí)，可以使用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。例如：

 package main

 import "fmt"

 func calculate(a, b int, result chan int) {
     result <- a + b
 }

 func main() {
     result := make(chan int)
     go calculate(10, 20, result)
     fmt.Println(<-result)
 }

在這個(gè)例子中，我們使用通道來(lái)進(jìn)行 a+b 的計(jì)算，并將結(jié)果發(fā)送給主函數(shù)。在主函數(shù)中，我們等待通道中的結(jié)果并輸出。

8.2 協(xié)調(diào)多個(gè) goroutine

通道也可以用于協(xié)調(diào)多個(gè) goroutine 之間的操作。例如，在一個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式中，通道可以作為生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的緩沖區(qū)，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和消費(fèi)。例如：

 package main

 import (
     "fmt"
     "sync"
 )

 func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int) {
     for j := range jobs {
         fmt.Println("worker", id, "processing job", j)
         results <- j * 2
     }
 }

 func main() {
     jobs := make(chan int, 100)
     results := make(chan int, 100)

     // 開(kāi)啟三個(gè)worker goroutine
     for w := 1; w <= 3; w++ {
         go worker(w, jobs, results)
     }

     // 發(fā)送9個(gè)任務(wù)到j(luò)obs通道中
     for j := 1; j <= 9; j++ {
         jobs <- j
     }
     close(jobs)

     // 輸出每個(gè)任務(wù)的結(jié)果
     for a := 1; a <= 9; a++ {
         <-results
     }
 }

在這個(gè)例子中，我們使用通道來(lái)協(xié)調(diào)三個(gè) worker goroutine 之間的任務(wù)處理。每個(gè) worker goroutine 從 jobs 通道中獲取任務(wù)，并將處理結(jié)果發(fā)送到 results 通道中。主函數(shù)負(fù)責(zé)將所有任務(wù)發(fā)送到 jobs 通道中，并等待所有任務(wù)的結(jié)果返回。

8.3 控制并發(fā)訪問(wèn)

當(dāng)多個(gè) goroutine 需要并發(fā)訪問(wèn)某些共享資源時(shí)，通道可以用來(lái)控制并發(fā)訪問(wèn)。通過(guò)使用通道，可以避免出現(xiàn)多個(gè) goroutine 同時(shí)訪問(wèn)共享資源的情況，從而提高程序的可靠性和性能。例如：

 package main

 import (
     "fmt"
     "sync"
 )

 var (
     balance int
     wg      sync.WaitGroup
     mutex   sync.Mutex
 )

 func deposit(amount int) {
     mutex.Lock()
     balance += amount
     mutex.Unlock()
     wg.Done()
 }

 func main() {
     for i := 0; i < 1000; i++ {
         wg.Add(1)
         go deposit(100)
     }
     wg.Wait()
     fmt.Println("balance:", balance)
 }

在這個(gè)例子中，我們使用互斥鎖來(lái)控制對(duì) balance 變量的并發(fā)訪問(wèn)。每個(gè) goroutine 負(fù)責(zé)將 100 元存入 balance 變量中。使用互斥鎖可以確保在任意時(shí)刻只有一個(gè) goroutine 能夠訪問(wèn) balance 變量。

8.4 模擬事件驅(qū)動(dòng)

通道也可以用來(lái)模擬事件驅(qū)動(dòng)的機(jī)制。例如，可以使用通道來(lái)模擬一個(gè)事件隊(duì)列，當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，可以將事件數(shù)據(jù)放入通道中，然后通過(guò)另一個(gè) goroutine 來(lái)處理該事件。例如：

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func eventLoop(eventChan <-chan string) {
     for {
         select {
         case event := <-eventChan:
             fmt.Println("Event received:", event)
         case <-time.After(5 * time.Second):
             fmt.Println("Timeout reached")
             return
         }
     }
 }

 func main() {
     eventChan := make(chan string)

     // 模擬事件發(fā)生
     go func() {
         time.Sleep(2 * time.Second)
         eventChan <- "Event 1"
         time.Sleep(1 * time.Second)
         eventChan <- "Event 2"
         time.Sleep
         1 * time.Second
         eventChan <- "Event 3"
         time.Sleep(4 * time.Second)
         eventChan <- "Event 4"
     }()
     eventLoop(eventChan)
 }

在這個(gè)例子中，我們使用通道來(lái)模擬事件的發(fā)生。eventLoop 函數(shù)使用 select 語(yǔ)句監(jiān)聽(tīng) eventChan 通道和 5 秒超時(shí)事件。當(dāng) eventChan 收到事件時(shí)，eventLoop 函數(shù)將事件打印出來(lái)。如果 5 秒內(nèi)沒(méi)有收到事件，則 eventLoop 函數(shù)結(jié)束。主函數(shù)負(fù)責(zé)創(chuàng)建 eventChan 通道，并模擬事件的發(fā)生。

8.5 批量處理任務(wù)

 package main

 import (
     "fmt"
     "sync"
 )

 func processTask(task int) {
     fmt.Println("Processing task", task)
 }

 func main() {
     tasks := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
     // 定義并發(fā)數(shù)為3的批量處理函數(shù)
     batchSize := 3
     var wg sync.WaitGroup
     taskChan := make(chan int)
     for i := 0; i < batchSize; i++ {
         wg.Add(1)
         go func() {
             defer wg.Done()
             for task := range taskChan {
                 processTask(task)
             }
         }()
     }

     // 將任務(wù)分發(fā)到taskChan通道中
     for _, task := range tasks {
         taskChan <- task
     }
     close(taskChan)

     wg.Wait()
 }

在這個(gè)例子中，我們使用通道來(lái)批量處理任務(wù)。首先定義了一個(gè)包含 10 個(gè)任務(wù)的數(shù)組。然后，我們定義了一個(gè)并發(fā)數(shù)為 3 的批量處理函數(shù)，它從 taskChan 通道中獲取任務(wù)，并將任務(wù)處理結(jié)果輸出。主函數(shù)負(fù)責(zé)將所有任務(wù)發(fā)送到 taskChan 通道中，并等待所有任務(wù)處理結(jié)束。注意，我們使用了 sync.WaitGroup 來(lái)等待所有批量處理函數(shù)的 goroutine 結(jié)束。

8.6 實(shí)現(xiàn)發(fā)布/訂閱模式

 package main

 import "fmt"

 type eventBus struct {
     subscriptions map[string][]chan string
 }

 func newEventBus() *eventBus {
     return &eventBus{
         subscriptions: make(map[string][]chan string),
     }
 }

 func (eb *eventBus) subscribe(eventType string, ch chan string) {
     eb.subscriptions[eventType] = append(eb.subscriptions[eventType], ch)
 }

 func (eb *eventBus) unsubscribe(eventType string, ch chan string) {
     subs := eb.subscriptions[eventType]
     for i, sub := range subs {
         if sub == ch {
             subs[i] = nil
             eb.subscriptions[eventType] = subs[:i+copy(subs[i:], subs[i+1:])]
             break
         }
     }
 }

 func (eb *eventBus) publish(eventType string, data string) {
     for _, ch := range eb.subscriptions[eventType] {
         if ch != nil {
             ch <- data
         }
     }
 }

 func main() {
     eb := newEventBus()

     ch1 := make(chan string)
     ch2 := make(chan string)

     eb.subscribe("event1", ch1)
     eb.subscribe("event2", ch2)

     go func() {
         for {
             select {
             case data := <-ch1:
                 fmt.Println("Received event1:", data)
             case data := <-ch2:
                 fmt.Println("Received event2:", data)
             }
         }
     }()

     eb.publish("event1", "Event 1 data")
     eb.publish("event2", "Event 2 data")

     eb.unsubscribe("event1", ch1)

     eb.publish("event1", "Event 1 data after unsubscribe")

     // 等待事件處理完成
     fmt.Scanln()
 }

在這個(gè)例子中，我們使用通道來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)布/訂閱模式。定義了一個(gè) eventBus 結(jié)構(gòu)體，它包含了一個(gè) subscriptions map，用來(lái)存儲(chǔ)事件類(lèi)型和訂閱該事件類(lèi)型的所有通道。我們可以通過(guò) subscribe 函數(shù)向某個(gè)事件類(lèi)型添加訂閱通道，通過(guò) unsubscribe 函數(shù)取消訂閱通道，通過(guò) publish 函數(shù)向某個(gè)事件類(lèi)型發(fā)布事件。

在主函數(shù)中，我們創(chuàng)建了兩個(gè)通道 ch1 和 ch2，并通過(guò) subscribe 函數(shù)訂閱了 "event1" 和 "event2" 兩個(gè)事件類(lèi)型。然后，我們啟動(dòng)了一個(gè) goroutine，使用 select 語(yǔ)句監(jiān)聽(tīng) ch1 和 ch2 通道，將接收到的事件打印出來(lái)。接著，我們使用 publish 函數(shù)分別向 "event1" 和 "event2" 發(fā)布了事件。最后，我們使用 unsubscribe 函數(shù)取消了對(duì) "event1" 事件類(lèi)型的 ch1 通道的訂閱，再次使用 publish 函數(shù)向 "event1" 發(fā)布了事件。注意，我們使用了 fmt.Scanln() 來(lái)等待事件處理完成，以避免程序在事件處理完畢前退出。

9. 總結(jié)

通道是 Go 中非常重要的并發(fā)原語(yǔ)，可以有效地管理并發(fā)訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)通道，可以實(shí)現(xiàn)同步和異步的消息傳遞，實(shí)現(xiàn)不同 goroutine 之間的通信。在使用通道時(shí)，需要注意通道的基本語(yǔ)法、緩沖機(jī)制、超時(shí)和計(jì)時(shí)器、通道的傳遞、單向通道和關(guān)閉通道等知識(shí)點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇合適的通道模式，以提高程序的并發(fā)性能和穩(wěn)定性。

以上就是超實(shí)用的Golang通道指南之輕松實(shí)現(xiàn)并發(fā)編程的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Golang通道實(shí)現(xiàn)并發(fā)編程的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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