golang踩坑實(shí)戰(zhàn)之channel的正確使用方式
一、為什么要用channel
筆者也是從Java轉(zhuǎn)Go的選手，之前一直很難擺脫線程池、可重入鎖、AQS等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其底層的思維定式。而最近筆者也開始逐漸回顧過往的實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，慢慢領(lǐng)悟了golang并發(fā)的一些經(jīng)驗(yàn)了。
golang在解決并發(fā)race問題時(shí)，首要考慮的方案是使用channel。可能很多人會(huì)喜歡用互斥鎖sync.Mutex，因?yàn)閙utex lock只有Lock和Unlock兩種操作，與Java中的ReentrantLock比較類似。但筆者實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)：
互斥鎖只能做到阻塞，而無法讓流程之間通信。如果不同流程之間需要交流，則需要一個(gè)類似于信號量一樣的機(jī)制。同時(shí)，最好該機(jī)制能實(shí)現(xiàn)流程控制。譬如控制不同任務(wù)執(zhí)行的先后順序，讓任務(wù)等待未完成的任務(wù)，以及打斷某個(gè)輪轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
如何實(shí)現(xiàn)這些功能？channel就是Go給出的一個(gè)優(yōu)雅的答案。（當(dāng)然并不是說channel可完全替代鎖，鎖可以使得代碼和邏輯更簡單）
二、基本操作
2.1 channel
channel可以看作一個(gè)FIFO的隊(duì)列，隊(duì)列進(jìn)出都是原子操作。隊(duì)列內(nèi)部元素的類型可以自由選擇。以下給出channel的常見操作
//初始化
ss := make(chan struct{})
sb := make(chan bool)
var s chan bool
si = make(chan int)
// 寫
si <- 1
sb <- true
ss <- struct{}
//讀
<-sb
i := <-si
fmt.Print(i+1)//2
// 使用完畢的channel可close
close(si)2.2 channel緩存
一般來說，channel有帶緩存和不帶緩存兩種。
不帶緩存的channel讀和寫都是阻塞的，一旦某個(gè)channel發(fā)生寫操作，除非另一個(gè)goroutine使用讀操作將元素從channel取出，否則當(dāng)前goroutine會(huì)一直阻塞。反之，如果一個(gè)不帶緩存的channel被一個(gè)goroutine讀取，除非另一個(gè)goroutine對該channel發(fā)起寫入，否則當(dāng)前goroutine會(huì)一直被阻塞。
下面這個(gè)單元測試的結(jié)果是編譯器報(bào)錯(cuò)，提示死鎖。
func TestChannel0(t *testing.T) {
c := make(chan int)
c <- 1
}fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
如果要正確運(yùn)行，應(yīng)修改為
func TestChannel0(t *testing.T) {
c := make(chan int)
go func(c chan int) { <-c }(c)
c <- 1
}帶通道緩存的channel的特點(diǎn)是，有緩存空間時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)后直接返回，緩存中有數(shù)據(jù)時(shí)可以直接讀出。如果緩存空間寫滿，同時(shí)沒有被讀取，那寫入會(huì)阻塞。同理，如果緩存空間沒有數(shù)據(jù)，讀入也會(huì)阻塞，直到有數(shù)據(jù)被寫入。
//會(huì)成功執(zhí)行
func TestChannel1(t *testing.T) {
c := make(chan int,1)
go func(c chan int) { c <- 1 }(c)
<-c
}
//不會(huì)死鎖，因?yàn)榫彺婵臻g未填滿
func TestChannel2(t *testing.T) {
c := make(chan int,1)
c<-1
}
//會(huì)死鎖，因?yàn)榫彺婵臻g填滿后仍繼續(xù)寫入
func TestChannel3(t *testing.T) {
c := make(chan int,1)
c<-1
c<-1
}
//會(huì)死鎖，因?yàn)橐恢弊x取阻塞，沒有寫入
func TestChannel4(t *testing.T) {
c := make(chan int,1)
<-c
}
2.3 只讀只寫channel
有些channel可以被定義為只能用于寫入，或者只能用于發(fā)送。
下面是具體例子
func sender(c chan<- bool){
c <- true
//<- c // 這一句會(huì)報(bào)錯(cuò)
}
func receiver(c <-chan bool){
//c <- true// 這一句會(huì)報(bào)錯(cuò)
<- c
}
func normal(){
senderChan := make(chan<- bool)
receiverChan := make(<-chan bool)
}2.4 select
select允許goroutine對多個(gè)channel操作進(jìn)行同時(shí)監(jiān)聽，當(dāng)某個(gè)case子句可以運(yùn)行時(shí)，該case下面的邏輯會(huì)執(zhí)行，且select語句結(jié)束。如果定義了default語句，且各個(gè)case中的執(zhí)行均被阻塞無法完成時(shí)，程序便會(huì)進(jìn)入default的邏輯中。
值得注意的是，如果有多個(gè)case可以滿足，最終執(zhí)行的case語句是不確定的（不同于switch語句的從上到下依次判斷是否滿足）。
下面用一個(gè)例子來說明
func writeTrue(c chan bool) {
c <- false
}
// 輸出為 chan 1, 因?yàn)閏han 1有可讀數(shù)據(jù)
func TestSelect0(t *testing.T) {
chan1 := make(chan bool,1)
chan2 := make(chan bool,1)
writeTrue(chan1)
select {
case <-chan1:
fmt.Print("chan 1")
case <-chan2:
fmt.Print("chan 2")
default:
fmt.Print("default")
}
}
// 輸出為default, 因?yàn)閏han1和chan2都無數(shù)據(jù)可讀
func TestSelect1(t *testing.T) {
chan1 := make(chan bool,1)
chan2 := make(chan bool,1)
select {
case <-chan1:
fmt.Print("chan 1")
case <-chan2:
fmt.Print("chan 2")
default:
fmt.Print("default")
}
}
// 輸出為 chan 1或chan 2, 因?yàn)閏han 1 和chan 2均有可讀數(shù)據(jù)
func TestSelect2(t *testing.T) {
chan1 := make(chan bool,1)
chan2 := make(chan bool,1)
writeTrue(chan1)
writeTrue(chan2)
select {
case <-chan1:
fmt.Print("chan 1")
case <-chan2:
fmt.Print("chan 2")
default:
fmt.Print("default")
}
}2.5 for range
對channel的for range循環(huán)可以依次從channel中讀取數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)前是不知道里面有多少元素的，如果channel中沒有元素，則會(huì)阻塞等待，直到channel被關(guān)閉，退出循環(huán)。如果代碼中沒有關(guān)閉channel的邏輯，或者插入break語句的話，就會(huì)產(chǎn)生死鎖。
func testLoopChan() {
c := make(chan int)
go func() {
c <- 1
c <- 2
c <- 3
time.Sleep(time.Second * 2)
close(c)
}()
for x := range c {
fmt.Printf("test:%+v\n", x)
}
}
//結(jié)果
test:1
test:2
test:3
結(jié)束這里需要注意，被for range輪詢過的對象可以被視為已經(jīng)從channel取出，下面我們拿兩個(gè)例子來說明：
func testLoopChan2() {
c := make(chan int)
go func() {
c <- 1
c <- 2
c <- 3
}()
for x := range c {
fmt.Printf("test:%+v\n", x)
break
}
<-c
<-c
}
//輸出
1
func testLoopChan3() {
c := make(chan int)
go func() {
c <- 1
c <- 2
c <- 3
}()
for x := range c {
fmt.Printf("test:%+v\n", x)
break
}
<-c
<-c
<-c
}
//輸出死鎖，因?yàn)閏hannel已經(jīng)取空，最后的<-操作會(huì)導(dǎo)致阻塞
三、使用
3.1 狀態(tài)機(jī)輪轉(zhuǎn)
channel的一個(gè)核心用法就是流程控制，對于狀態(tài)機(jī)輪轉(zhuǎn)場景，channel可以輕松解決（經(jīng)典的輪流打印ABC）。
func main(){
chanA :=make(chan struct{},1)
chanB :=make(chan struct{},1)
chanC :=make(chan struct{},1)
chanA<- struct{}{}
go printA(chanA,chanB)
go printB(chanB,chanC)
go printC(chanC,chanA)
}
func printA(chanA chan struct{}, chanB chan struct{}) {
for {
<-chanA
println("A")
chanB<- struct{}{}
}
}
func printB(chanB chan struct{}, chanC chan struct{}) {
for {
<-chanB
println("B")
chanC<- struct{}{}
}
}
func printC(chanC chan struct{}, chanA chan struct{}) {
for {
<-chanC
println("C")
chanA<- struct{}{}
}
}
3.2 流程退出
這是我在raft實(shí)驗(yàn)中g(shù)et到的小技能，用一個(gè)channel表示是否需要退出。select中監(jiān)聽該channel，一旦被寫入，即可進(jìn)入退出邏輯
exit := make (chan bool)
//...
for {
select {
case <-exit:
fmt.Print("exit code")
return
default:
fmt.Print("normal code")
//...
}
}3.3 超時(shí)控制
這也是我在raft實(shí)驗(yàn)中g(shù)et到的技能，如果某個(gè)任務(wù)返回，可以在該任務(wù)對應(yīng)的channel寫入，由select讀出。同時(shí)用一個(gè)case來計(jì)時(shí)，如果超過該時(shí)間仍然沒有完成，則進(jìn)入超時(shí)邏輯
func control(){
taskAChan := make (chan bool)
TaskA(taskAChan)
select {
case <-taskAChan:
fmt.Print("taskA success")
case <- <-time.After(5 * time.Second):
ftm.Print("timeover")
}
}
func TaskA(taskAChan chan bool){
//TaskA的主要代碼
//...
// 完成TaskA后才寫入channel
taskAChan <- true
}
3.4 帶并發(fā)數(shù)限制的goroutine池
我實(shí)習(xí)的時(shí)候曾經(jīng)碰到一個(gè)需求，需要并發(fā)地向目標(biāo)服務(wù)器發(fā)起ftp請求，但是同一時(shí)間能發(fā)起的連接數(shù)量是有限的，需要由buffer channel對其進(jìn)行控制。該channel有點(diǎn)類似于信號量，讀取寫入會(huì)導(dǎo)致緩存空間的變化。緩存在這里起的作用類似于信號量（寫入讀取對應(yīng)PV操作），進(jìn)行任務(wù)時(shí)會(huì)寫入channel，完成任務(wù)時(shí)會(huì)讀取channel。如果緩存空間耗盡，就會(huì)新的寫入請求會(huì)阻塞，直到某一個(gè)任務(wù)完成緩存空間釋放。
var sem = make(chan int, MaxOutstanding)
func handle(r *Request) {
sem <- 1 // 等待放行；
process(r)
// 可能需要一個(gè)很長的處理過程；
<-sem // 完成，放行另一個(gè)過程。
}
func Serve(queue chan *Request) {
for {
req := <-queue
go handle(req) // 無需等待 handle 完成。
}
}
3.5 溢出緩存
在高并發(fā)環(huán)境下，為了避免請求丟失，可以選擇將來不及處理的請求緩存。這也是使用select可以實(shí)現(xiàn)的功能，如果一個(gè)buffer channel寫滿，在default邏輯中將其緩存。
func put(c message){
select {
case putChannel <- c:
fmt.Print("put success")
default:
fmt.Print("buffer data")
buffer(c)
}
}3.6 隨機(jī)概率分發(fā)
select {
case b := <-backendMsgChan:
if sampleRate > 0 && rand.Int31n(100) > sampleRate {
continue
}
}四、坑和經(jīng)驗(yàn)
4.1 panic
以下幾種情況會(huì)導(dǎo)致panic
- 對nil channel進(jìn)行close
- 對closed channel進(jìn)行close和寫（讀會(huì)讀出零值）
可以用ok值檢查channel是否為空或者關(guān)閉
queue := make(chan int, 1)
value, ok := <-queue
if !ok {
fmt.Println("queue is closed or nil")
queue = nil
}
4.2 關(guān)閉的channel如果使用range會(huì)提前返回
channel 關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致range返回
4.3 對reset channel進(jìn)行寫入
如果一個(gè)結(jié)構(gòu)體的channel成員有機(jī)會(huì)被重置，它的寫入必須考慮失敗。
下面例子中，寫入跳轉(zhuǎn)到了default邏輯
type chanTest struct {
c chan bool
}
func TestResetChannel(t *testing.T) {
cc := chanTest{c: make(chan bool)}
go cc.resetChan()
select {
case cc.c <- true:
log.Printf("cc.c in")
default:
log.Printf("default")
}
}
func (c *chanTest) resetChan() {
c.c = make(chan bool)
}
總結(jié)
到此這篇關(guān)于golang踩坑實(shí)戰(zhàn)之channel的正確使用方式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)golang channel的正確使用內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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