golang?中?channel?的詳細使用、使用注意事項及死鎖問題解析

更新時間：2022年03月17日 08:34:52 作者：九卷技術錄

這篇文章主要介紹了golang?中?channel?的詳細使用、使用注意事項及死鎖分析,本文給大家介紹的非常詳細，對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

什么是 channel 管道

它是一個數(shù)據(jù)管道，可以往里面寫數(shù)據(jù)，從里面讀數(shù)據(jù)。

channel 是 goroutine 之間數(shù)據(jù)通信橋梁，而且是線程安全的。

channel 遵循先進先出原則。

寫入，讀出數(shù)據(jù)都會加鎖。

channel 可以分為 3 種類型：

只讀 channel，單向 channel
只寫 channel，單向 channel
可讀可寫 channel

channel 還可按是否帶有緩沖區(qū)分為：

帶緩沖區(qū)的 channel，定義了緩沖區(qū)大小，可以存儲多個數(shù)據(jù)

不帶緩沖區(qū)的 channel，只能存一個數(shù)據(jù)，并且只有當該數(shù)據(jù)被取出才能存下一個數(shù)據(jù)

channel 的基本使用

定義和聲明

// 只讀 channel
var readOnlyChan <-chan int  // channel 的類型為 int

// 只寫 channel
var writeOnlyChan chan<- int
// 可讀可寫
var ch chan int
// 或者使用 make 直接初始化
readOnlyChan1 := make(<-chan int, 2)  // 只讀且?guī)Ь彺鎱^(qū)的 channel
readOnlyChan2 := make(<-chan int)   // 只讀且不帶緩存區(qū) channel
writeOnlyChan3 := make(chan<- int, 4) // 只寫且?guī)Ь彺鎱^(qū) channel
writeOnlyChan4 := make(chan<- int) // 只寫且不帶緩存區(qū) channel
ch := make(chan int, 10)  // 可讀可寫且?guī)Ь彺鎱^(qū)
ch <- 20  // 寫數(shù)據(jù)
i := <-ch  // 讀數(shù)據(jù)
i, ok := <-ch  // 還可以判斷讀取的數(shù)據(jù)

chan_var.go

package main

import (
    "fmt"
)
func main() {
    // var 聲明一個 channel，它的零值是nil
    var ch chan int
    fmt.Printf("var: the type of ch is %T \n", ch)
    fmt.Printf("var: the val of ch is %v \n", ch)
    if ch == nil {
        // 也可以用make聲明一個channel，它返回的值是一個內(nèi)存地址
        ch = make(chan int)
        fmt.Printf("make: the type of ch is %T \n", ch)
        fmt.Printf("make: the val of ch is %v \n", ch)
    }
    ch2 := make(chan string, 10)
    fmt.Printf("make: the type of ch2 is %T \n", ch2)
    fmt.Printf("make: the val of ch2 is %v \n", ch2)
}
// 輸出：
// var: the type of ch is chan int
// var: the val of ch is <nil>
// make: the type of ch is chan int
// make: the val of ch is 0xc000048060
// make: the type of ch2 is chan string
// make: the val of ch2 is 0xc000044060

操作channel的3種方式

操作 channel 一般有如下三種方式：

讀 <-ch
寫 ch<-
關閉 close(ch)

操作	nil的channel	正常channel	已關閉的channel
讀 <-ch	阻塞	成功或阻塞	讀到零值
寫 ch<-	阻塞	成功或阻塞	panic
關閉 close(ch)	panic	成功	panic

注意對于 nil channel 的情況，有1個特殊場景：

當 nil channel 在 select 的某個 case 中時，這個 case 會阻塞，但不會造成死鎖。

單向 channel

單向 channel：只讀和只寫的 channel

chan_uni.go

package main

import "fmt"
func main() {
	// 單向 channel，只寫channel
	ch := make(chan<- int)
	go testData(ch)
	fmt.Println(<-ch)
}
func testData(ch chan<- int) {
	ch <- 10
// 運行輸出
// ./chan_uni.go:9:14: invalid operation: <-ch (receive from send-only type chan<- int)
// 報錯，它是一個只寫 send-only channel

把上面代碼main()函數(shù)里初始化的單向channel，修改為可讀可寫channel，再運行

chan_uni2.go

package main
import "fmt"
func main() {
    // 把上面代碼main()函數(shù)初始化的單向 channel 修改為可讀可寫的 channel
	ch := make(chan int)
	go testData(ch)
	fmt.Println(<-ch)
}
func testData(ch chan<- int) {
	ch <- 10
}
// 運行輸出：
// 10
// 沒有報錯，可以正常輸出結(jié)果

帶緩沖和不帶緩沖的 channel

不帶緩沖區(qū) channel

chan_unbuffer.go

package main

import "fmt"
func main() {
    ch := make(chan int) // 無緩沖的channel
    go unbufferChan(ch)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Println("receive ", <-ch) // 讀出值
    }
}
func unbufferChan(ch chan int) {
        fmt.Println("send ", i)
        ch <- i // 寫入值
// 輸出
send  0
send  1
receive  0
receive  1
send  2
send  3
receive  2
receive  3
send  4
send  5
receive  4
receive  5
send  6
send  7
receive  6
receive  7
send  8
send  9
receive  8
receive  9

帶緩沖區(qū) channel

chan_buffer.go

package main
import (
	"fmt"
)
func main() {
	ch := make(chan string, 3)
	ch <- "tom"
	ch <- "jimmy"
	ch <- "cate"
	fmt.Println(<-ch)
	fmt.Println(<-ch)
	fmt.Println(<-ch)
}
// 運行輸出：
// tom
// jimmy
// cate

再看一個例子：chan_buffer2.go

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)
var c = make(chan int, 5)
func main() {
	go worker(1)
	for i := 1; i < 10; i++ {
		c <- i
		fmt.Println(i)
	}
}
func worker(id int) {
	for {
		_ = <-c
// 運行輸出：
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
// 6
// 7
// 8
// 9

判斷 channel 是否關閉

if v, ok := <-ch; ok {
    fmt.Println(ch)
}

說明：

ok 為 true，讀到數(shù)據(jù)，且管道沒有關閉
ok 為 false，管道已關閉，沒有數(shù)據(jù)可讀

讀已經(jīng)關閉的 channel 會讀到零值，如果不確定 channel 是否關閉，可以用這種方法來檢測。

range and close

range 可以遍歷數(shù)組，map，字符串，channel等。

一個發(fā)送者可以關閉 channel，表明沒有任何數(shù)據(jù)發(fā)送給這個 channel 了。接收者也可以測試channel是否關閉，通過 v, ok := <-ch 表達式中的 ok 值來判斷 channel 是否關閉。上一節(jié)已經(jīng)說明 ok 為 false 時，表示 channel 沒有接收任何數(shù)據(jù)，它已經(jīng)關閉了。

注意：僅僅只能是發(fā)送者關閉一個 channel，而不能是接收者。給已經(jīng)關閉的 channel 發(fā)送數(shù)據(jù)會導致 panic。

Note: channels 不是文件，你通常不需要關閉他們。那什么時候需要關閉？當要告訴接收者沒有值發(fā)送給 channel 了，這時就需要了。

比如終止 range 循環(huán)。

當 for range 遍歷 channel 時，如果發(fā)送者沒有關閉 channel 或在 range 之后關閉，都會導致 deadlock(死鎖)。

下面是一個會產(chǎn)生死鎖的例子：

package main

import "fmt"
func main() {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			ch <- i
		}
	}()
	for val := range ch {
		fmt.Println(val)
	}
	close(ch) // 這里關閉channel已經(jīng)”通知“不到range了，會觸發(fā)死鎖。
              // 不管這里是否關閉channel，都會報死鎖，close(ch)的位置就不對。
              // 且關閉channel的操作者也錯了，只能是發(fā)送者關閉channel
}
// 運行程序輸出
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
// 6
// 7
// 8
// 9
// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

改正也很簡單，把 close(ch) 移到 go func(){}() 里，代碼如下

go func() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        ch <- i
    }
    close(ch)
}()

這樣程序就可以正常運行，不會報 deadlock 的錯誤了。

把上面程序換一種方式來寫，chan_range.go

package main
import (
	"fmt"
)
func main() {
	ch := make(chan int)
	go test(ch)
	for val := range ch { //
		fmt.Println("get val: ", val)
	}
}
func test(ch chan int) {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		ch <- i
	}
	close(ch)
}
// 運行輸出：
// get val:  0
// get val:  1
// get val:  2
// get val:  3
// get val:  4

發(fā)送者關閉 channel 時，for range 循環(huán)自動退出。

for 讀取channel

用 for 來不停循環(huán)讀取 channel 里的數(shù)據(jù)。

把上面的 range 程序修改下,chan_for.go

package main
import (
	"fmt"
)
func main() {
	ch := make(chan int)
	go test(ch)
	for {
		val, ok := <-ch
		if ok == false {// ok 為 false，沒有數(shù)據(jù)可讀
			break // 跳出循環(huán)
		}
		fmt.Println("get val: ", val)
	}
}
func test(ch chan int) {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		ch <- i
	}
	close(ch)
}
// 運行輸出：
// get val:  0
// get val:  1
// get val:  2
// get val:  3
// get val:  4

select 使用

例子 chan_select.go

package main
import "fmt"
// https://go.dev/tour/concurrency/5
func fibonacci(ch, quit chan int) {
	x, y := 0, 1
	for {
		select {
		case ch <- x:
			x, y = y, x+y
		case <-quit:
			fmt.Println("quit")
			return
		}
	}
}
func main() {
	ch := make(chan int)
	quit := make(chan int)
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			fmt.Println(<-ch)
		}
		quit <- 0
	}()
	fibonacci(ch, quit)
}
// 運行輸出：
// 0
// 1
// 1
// 2
// 3
// 5
// 8
// 13
// 21
// 34
// quit

channel 的一些使用場景

1. 作為goroutine的數(shù)據(jù)傳輸管道

package main

import "fmt"
// https://go.dev/tour/concurrency/2
func sums(s []int, c chan int) {
	sum := 0
	for _, v := range s {
		sum += v
	}
	c <- sum
}
func main() {
	s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}
	c := make(chan int)
	go sums(s[:len(s)/2], c)
	go sums(s[len(s)/2:], c)
	x, y := <-c, <-c // receive from c
	fmt.Println(x, y, x+y)

用 goroutine 和 channel 分批求和

2. 同步的channel

沒有緩沖區(qū)的 channel 可以作為同步數(shù)據(jù)的管道，起到同步數(shù)據(jù)的作用。

對沒有緩沖區(qū)的 channel 操作時，發(fā)送的 goroutine 和接收的 goroutine 需要同時準備好，也就是發(fā)送和接收需要一一配對，才能完成發(fā)送和接收的操作。

如果兩方的 goroutine 沒有同時準備好，channel 會導致先執(zhí)行發(fā)送或接收的 goroutine 阻塞等待。這就是沒有緩沖區(qū)的 channel 作為數(shù)據(jù)同步的作用。

gobyexample 中的一個例子：

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
//https://gobyexample.com/channel-synchronization
func worker(done chan bool) {
	fmt.Println("working...")
	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Println("done")
	done <- true
}
func main() {
	done := make(chan bool, 1)
	go worker(done)
	<-done
}

注意：同步的 channel 千萬不要在同一個 goroutine 協(xié)程里發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。可能導致deadlock死鎖。

3. 異步的channel

有緩沖區(qū)的 channel 可以作為異步的 channel 使用。

有緩沖區(qū)的 channel 也有操作注意事項：

如果 channel 中沒有值了，channel 為空了，那么接收者會被阻塞。

如果 channel 中的緩沖區(qū)滿了，那么發(fā)送者會被阻塞。

注意：有緩沖區(qū)的 channel，用完了要 close，不然處理這個channel 的 goroutine 會被阻塞，形成死鎖。

package main

import (
	"fmt"
)
func main() {
	ch := make(chan int, 4)
	quitChan := make(chan bool)
	go func() {
		for v := range ch {
			fmt.Println(v)
		}
		quitChan <- true // 通知用的channel，表示這里的程序已經(jīng)執(zhí)行完了
	}()
	ch <- 1
	ch <- 2
	ch <- 3
	ch <- 4
	ch <- 5
	close(ch)  // 用完關閉channel
	<-quitChan // 接到channel通知后解除阻塞，這也是channel的一種用法
}

4.channel 超時處理

channel 結(jié)合 time 實現(xiàn)超時處理。

當一個 channel 讀取數(shù)據(jù)超過一定時間還沒有數(shù)據(jù)到來時，可以得到超時通知，防止一直阻塞當前 goroutine。

chan_timeout.go

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func main() {
	ch := make(chan int)
	quitChan := make(chan bool)
	go func() {
		for {
			select {
			case v := <-ch:
				fmt.Println(v)
			case <-time.After(time.Second * time.Duration(3)):
				quitChan <- true
				fmt.Println("timeout, send notice")
				return
			}
		}
	}()
	for i := 0; i < 4; i++ {
		ch <- i
	}
	<-quitChan // 輸出值，相當于收到通知，解除主程阻塞
	fmt.Println("main quit out")
}

使用 channel 的注意事項及死鎖分析

未初始化的 channel 讀寫關閉操作

1.讀：未初始化的channel，讀取里面的數(shù)據(jù)時，會造成死鎖deadlock

var ch chan int
<-ch  // 未初始化channel讀數(shù)據(jù)會死鎖

2.寫：未初始化的channel，往里面寫數(shù)據(jù)時，會造成死鎖deadlock

var ch chan int
ch<-  // 未初始化channel寫數(shù)據(jù)會死鎖

3.關閉：未初始化的channel，關閉該channel時，會panic

var ch chan int
close(ch) // 關閉未初始化channel，觸發(fā)panic

已初始化的 channel 讀寫關閉操作

1. 已初始化，沒有緩沖區(qū)的channel

 // 代碼片段1
   func main() {
        ch := make(chan int)
        ch <- 4
   }

代碼片段1：沒有緩沖channel，且只有寫入沒有讀取，會產(chǎn)生死鎖

// 代碼片段2
   func main() {
       ch := make(chan int)
       val, ok := <-ch
   }

代碼片段2：沒有緩沖channel，且只有讀取沒有寫入，會產(chǎn)生死鎖

// 代碼片段3
   func main() {
       ch := make(chan int)
       val, ok := <-ch
       if ok {
           fmt.Println(val)
       }
       ch <- 10 // 這里進行寫入。但是前面已經(jīng)產(chǎn)生死鎖了
   }

代碼片段3：沒有緩沖channel，既有寫入也有讀出，但是在代碼 val, ok := <-c 處已經(jīng)產(chǎn)生死鎖了。下面代碼執(zhí)行不到。

// 代碼片段4
   func main() {
   	ch := make(chan int)
   	ch <- 10
   	go readChan(ch)
   	
       time.Sleep(time.Second * 2)
   }
   
   func readChan(ch chan int) {
   	for {
   		val, ok := <-ch
   		fmt.Println("read ch: ", val)
   		if !ok {
   			break
   		}
   	}
   }

代碼片段4：沒有緩沖channel，既有寫入也有讀出，但是運行程序后，報錯 fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! 。

這是因為往 channle 里寫入數(shù)據(jù)的代碼 ch <- 10，這里寫入數(shù)據(jù)時就已經(jīng)產(chǎn)生死鎖了。把 ch<-10 和 go readChan(ch) 調(diào)換位置，程序就能正常運行，不會產(chǎn)生死鎖。

 // 代碼片段5
   func main() {
   	ch := make(chan int)
   
   	go writeChan(ch)
   	for {
   		val, ok := <-ch
   		fmt.Println("read ch: ", val)
   		if !ok {
   			break
   		}
   	}
   	time.Sleep(time.Second)
       fmt.Println("end")
   }
   func writeChan(ch chan int) {
   	for i := 0; i < 4; i++ {
   		ch <- i

代碼片段5：沒有緩沖的channel，既有寫入，也有讀出，與上面幾個代碼片段不同的是，寫入channel的數(shù)據(jù)不是一個。

思考一下，這個程序會產(chǎn)生死鎖嗎？10 秒時間思考下，先不要看下面。

也會產(chǎn)生死鎖，它會輸出完數(shù)據(jù)后，報錯 fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!。

為什么呢？這個程序片段，既有讀也有寫而且先開一個goroutine寫數(shù)據(jù)，為什么會死鎖？

原因在于 main() 里的 for 循環(huán)?？赡苣銜?，不是有 break 跳出 for 循環(huán)嗎？代碼是寫了，但是程序并沒有執(zhí)行到這里。

因為 for 會不停的循環(huán)，而 val, ok := <-ch，這里 ok 值一直是 true，因為程序里并沒有哪里關閉 channel 啊。你們可以打印這個 ok 值看一看是不是一直是 true。當 for 循環(huán)把 channel 里的值讀取完了后，程序再次運行到 val, ok := <-ch 時，產(chǎn)生死鎖，因為 channel 里沒有數(shù)據(jù)了。

找到原因了，那解決辦法也很簡單，在 writeChan 函數(shù)里關閉 channel，加上代碼 close(ch)。告訴 for 我寫完了，關閉 channel 了。

加上關閉 channel 代碼后運行程序：

read ch:  0 , ok:  true
read ch:  1 , ok:  true
read ch:  2 , ok:  true
read ch:  3 , ok:  true
read ch:  0 , ok:  false
end

程序正常輸出結(jié)果。

對于沒有緩沖區(qū)的 channel (unbuffered channel) 容易產(chǎn)生死鎖的幾個代碼片段分析，總結(jié)下:

channel 要用 make 進行初始化操作
讀取和寫入要配對出現(xiàn)，并且不能在同一個 goroutine 里
一定先用 go 起一個協(xié)程執(zhí)行讀取或?qū)懭氩僮?/li>
多次寫入數(shù)據(jù)，for 讀取數(shù)據(jù)時，寫入者注意關閉 channel(代碼片段5)

2. 已初始化，有緩沖區(qū)的 channel

// 代碼片段1
func main() {
    ch := make(chan int, 1)
    val, ok := <-ch
}

代碼片段1：有緩沖channel，先讀數(shù)據(jù)，這里會一直阻塞，產(chǎn)生死鎖。

// 代碼片段2
   func main() {
       ch := make(chan int, 1)
       ch <- 10
   }

代碼片段2：同代碼片段1，有緩沖channel，只有寫沒有讀，也會阻塞，產(chǎn)生死鎖。

 // 代碼片段3
   func main() {
   	ch := make(chan int, 1)
   	ch <- 10
   
   	val, ok := <-ch
   	if ok {
   		fmt.Println(val, ok)
   	}
   }

代碼片段3：有緩沖的channel，有讀有寫，正常的輸出結(jié)果。

有緩沖區(qū)的channel總結(jié)：

如果 channel 滿了，發(fā)送者會阻塞
如果 channle 空了，接收者會阻塞
如果在同一個 goroutine 里，寫數(shù)據(jù)操作一定在讀數(shù)據(jù)操作前

參考

https://go.dev/tour/concurrency
https://go.dev/ref/spec#Channel_types
https://go.dev/ref/spec#Send_statements
https://go.dev/ref/spec#Receive_operator
https://go.dev/ref/spec#Close
https://go.dev/doc/effective_go#channels
https://go.dev/ref/spec#Select_statements
https://gobyexample.com/
Concurrency is not parallelism - The Go Programming Language

到此這篇關于golang 中 channel 的詳細使用、使用注意事項及死鎖分析的文章就介紹到這了,更多相關golang 中 channel 使用內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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2023-04-04

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golang?中?channel?的詳細使用、使用注意事項及死鎖問題解析

目錄

什么是 channel 管道

channel 的基本使用

定義和聲明

操作channel的3種方式

單向 channel

帶緩沖和不帶緩沖的 channel

不帶緩沖區(qū) channel

帶緩沖區(qū) channel

判斷 channel 是否關閉

range and close

for 讀取channel

select 使用

channel 的一些使用場景

1. 作為goroutine的數(shù)據(jù)傳輸管道

2. 同步的channel

3. 異步的channel

4.channel 超時處理

使用 channel 的注意事項及死鎖分析

未初始化的 channel 讀寫關閉操作

已初始化的 channel 讀寫關閉操作

1. 已初始化，沒有緩沖區(qū)的channel

2. 已初始化，有緩沖區(qū)的 channel

參考

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判斷 channel 是否關閉

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select 使用

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1. 作為goroutine的數(shù)據(jù)傳輸管道

2. 同步的channel

3. 異步的channel

4.channel 超時處理

使用 channel 的注意事項及死鎖分析

未初始化的 channel 讀寫關閉操作

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1. 已初始化，沒有緩沖區(qū)的channel

2. 已初始化，有緩沖區(qū)的 channel

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