前言

本文介紹的內(nèi)容是 Go 并發(fā)模塊的兩個(gè)重要角色 → goroutine 與 channel。如果本文對(duì)你有幫助，不妨點(diǎn)個(gè)贊，如果你是 Go 語(yǔ)言初學(xué)者，不妨點(diǎn)個(gè)關(guān)注，一起成長(zhǎng)一起進(jìn)步，如果本文有錯(cuò)誤的地方，歡迎指出！

Go 語(yǔ)言的 CSP 并發(fā)模型的實(shí)現(xiàn)包含兩個(gè)主要組成部分：一個(gè)是 Goroutine，另一個(gè)是 channel。本文將會(huì)介紹它們的基本用法和注意事項(xiàng)。

Goroutine

Goroutine 是 Go 應(yīng)用的基本執(zhí)行單元，它是一種輕量的用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程，其底層是通過(guò) coroutine（協(xié)程）去實(shí)現(xiàn)的并發(fā)。眾所周知，協(xié)程是一種運(yùn)行在用戶(hù)態(tài)的用戶(hù)線(xiàn)程，因此 Goroutine 也是被調(diào)度于 Go 程序運(yùn)行時(shí)。

基本用法

語(yǔ)法：go + 函數(shù)/方法

通過(guò) go 關(guān)鍵字 + 函數(shù)/方法 可以創(chuàng)建一個(gè) Goroutine。

代碼示例：

import (
   "fmt"
   "time"
)
func printGo() {
   fmt.Println("具名函數(shù)")
}
type G struct {
}
func (g G) g() {
   fmt.Println("方法")
}
func main() {
   // 基于具名函數(shù)創(chuàng)建 goroutine
   go printGo()
   // 基于方法創(chuàng)建 goroutine
   g := G{}
   go g.g()
   // 基于匿名函數(shù)創(chuàng)建 goroutine
   go func() {
      fmt.Println("匿名函數(shù)")
   }()
   // 基于閉包創(chuàng)建 goroutine
   i := 0
   go func() {
      i++
      fmt.Println("閉包")
   }()
   time.Sleep(time.Second) // 避免 main goroutine 結(jié)束后，其創(chuàng)建的 goroutine 來(lái)不及運(yùn)行，因此在此休眠 1 秒
}

執(zhí)行結(jié)果：

閉包
具名函數(shù)
方法
匿名函數(shù)

當(dāng)多個(gè) Goroutine 存在時(shí)，它們的執(zhí)行順序是不固定的。因此每次打印的結(jié)果都不相同。

由代碼可知，通過(guò) go 關(guān)鍵字，我們可以基于 具名函數(shù) / 方法 創(chuàng)建 goroutine，也可以基于 匿名函數(shù) / 閉包 創(chuàng)建 goroutine。

那么 Goroutine 是如何退出的呢？正常情況下，只要 Goroutine 函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，或者執(zhí)行返回，意味著 Goroutine 的退出。如果 Goroutine 的函數(shù)或方法有返回值，在 Goroutine 退出時(shí)會(huì)將其忽略。

channel

channel 在 Go 并發(fā)模型中扮演者重要的角色。它可以用于實(shí)現(xiàn) Goroutine 間的通信，也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn) Goroutine 間的同步。

channel 的基本操作

channel 是一種復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型，聲明時(shí)需要指定 channel 里元素的類(lèi)型。

聲明語(yǔ)法：var ch chan string

通過(guò)上述代碼聲明一個(gè)元素類(lèi)型為 string 的 channel，其只能存放 string 類(lèi)型的元素。channel 是引用類(lèi)型，必須初始化才能寫(xiě)入數(shù)據(jù)，通過(guò) make 的方式初始化。

import (
   "fmt"
)
func main() {
   var ch chan string
   ch = make(chan string, 1)
   // 打印 chan 的地址
   fmt.Println(ch)
   // 向 ch 發(fā)送 "Go" 數(shù)據(jù)
   ch <- "Go"
   // 從 ch 中接收數(shù)據(jù)
   s := <-ch
   fmt.Println(s) // Go
}

通過(guò) ch <- xxx 可以向 channel 變量 ch 發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò) x := <- ch 可以從 channel 變量 ch 中接收數(shù)據(jù)。

帶緩沖 channel 與無(wú)緩沖 channel

如果初始化 channel 時(shí)，不指定容量時(shí)，則創(chuàng)建的是一個(gè)無(wú)緩沖的 channel：

ch := make(chan string)

無(wú)緩沖的 channel 的發(fā)送與接收操作是同步的，在執(zhí)行發(fā)送操作之后，對(duì)應(yīng) Goroutine 將會(huì)阻塞，直到有另一個(gè) Goroutine 去執(zhí)行接收操作，反之亦然。如果將發(fā)送操作和執(zhí)行操作放在同一個(gè) Goroutine 下進(jìn)行，會(huì)發(fā)生什么操作呢？看看下述代碼：

import (
   "fmt"
)
func main() {
   ch := make(chan int)
   // 發(fā)送數(shù)據(jù)
   ch <- 1 // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
   // 接收數(shù)據(jù)
   n := <-ch
   fmt.Println(n)
}

程序運(yùn)行之后，會(huì)在 ch <- 處得到 fatal error，提示所有的 Goroutine 處于休眠狀態(tài)，也就是死鎖了。為避免這種情況，我們需要將 channel 的發(fā)送操作和接收操作放到不同的 Goroutine 中執(zhí)行。

import (
   "fmt"
)
func main() {
   ch := make(chan int)
   go func() {
      // 發(fā)送數(shù)據(jù)
      ch <- 1
   }()
   // 接收數(shù)據(jù)
   n := <-ch
   fmt.Println(n) // 1
}

由上述例子可以得出結(jié)論：無(wú)緩沖 channel 的發(fā)送與接收操作，一定要放在兩個(gè)不同的 Goroutine 中進(jìn)行，否則會(huì)發(fā)生 deadlock 形象。

如果指定容量，則創(chuàng)建的是一個(gè)帶緩沖的 channel：

ch := make(chan string, 5)

有緩沖的 channel 與無(wú)緩沖的 chennel 有所區(qū)別，執(zhí)行發(fā)送操作時(shí)，只要 channel 的緩沖區(qū)未滿(mǎn)，Goroutine 不會(huì)掛起，直到緩沖區(qū)滿(mǎn)時(shí)，再向 channel 執(zhí)行發(fā)送操作，才會(huì)導(dǎo)致 Goroutine 掛起。代碼示例：

func main() {
   ch := make(chan int, 1)
   // 發(fā)送數(shù)據(jù)
   ch <- 1
   ch <- 2 // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

聲明 channel 的只發(fā)送類(lèi)型和只接收類(lèi)型

既能發(fā)送又能接收的 channel

ch := make(chan int, 1)

通過(guò)上述代碼獲得 channel 變量，我們可以對(duì)它執(zhí)行發(fā)送與接收的操作。

只接收的 channel

ch := make(<-chan int, 1)

通過(guò)上述代碼獲得 channel 變量，我們只能對(duì)它進(jìn)行接收操作。

只發(fā)送的 channel

ch := make(chan<- int, 1)

通過(guò)上述代碼獲得 channel 變量，我們只能對(duì)它進(jìn)行發(fā)送操作。

通常只發(fā)送 channel 類(lèi)型和只接收 channel 類(lèi)型，會(huì)被用作函數(shù)的參數(shù)類(lèi)型或返回值：

func send(ch chan<- int) {
   ch <- 1
}
func recv(ch <-chan int) {
   <-ch
}

channel 的關(guān)閉

通過(guò)內(nèi)置函 close(c chan<- Type)，可以對(duì) channel 進(jìn)行關(guān)閉。

在發(fā)送端關(guān)閉 channel

在 channel 關(guān)閉之后，將不能對(duì) channel 執(zhí)行發(fā)送操作，否則會(huì)發(fā)生 panic，提示 channel 已關(guān)閉。

func main() {
   ch := make(chan int, 5)
   ch <- 1
   close(ch)
   ch <- 2 // panic: send on closed channel
}

管道 channel 之后，依舊可以對(duì) channel 執(zhí)行接收操作，如果存在緩沖區(qū)的情況下，將會(huì)讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，如果緩沖區(qū)為空，則獲取到的值為 channel 對(duì)應(yīng)類(lèi)型的零值。

import "fmt"
func main() {
   ch := make(chan int, 5)
   ch <- 1
   close(ch)
   fmt.Println(<-ch) // 1
   n, ok := <-ch
   fmt.Println(n)  // 0
   fmt.Println(ok) // false
}

如果通過(guò) for-range 遍歷 channel 時(shí)，中途關(guān)閉 channel 則會(huì)導(dǎo)致 for-range 循環(huán)結(jié)束。

小結(jié)

本文首先介紹了 Goroutine的創(chuàng)建方式以及其退出的時(shí)機(jī)是什么。

其次介紹了如何創(chuàng)建 channel 類(lèi)型變量的有緩沖與無(wú)緩沖的創(chuàng)建方式。需要注意的是，無(wú)緩沖的 channel 發(fā)送與接收操作，需要在兩個(gè)不同的 Goroutine 中執(zhí)行，否則會(huì)發(fā)送 error。

接下來(lái)介紹如何定義只發(fā)送和只接收的 channel 類(lèi)型。通常只發(fā)送 channel 類(lèi)型和只接收 channel 類(lèi)型，會(huì)被用作函數(shù)的參數(shù)類(lèi)型或返回值。

最后介紹了如何關(guān)閉 channel，以及關(guān)閉之后的一些注意事項(xiàng)。

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