Go基础系列：channel入门

Go channel系列：

* channel入门 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9986335.html>

* 为select设置超时时间 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9994512.html>

* nil channel用法示例 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9994508.html>

* 双层channel用法示例 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9994496.html>

* 指定goroutine的执行顺序 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9994652.html>
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channel基础


channel用于goroutines之间的通信，让它们之间可以进行数据交换。像管道一样，一个goroutine_A向channel_A中放数据，另一个goroutine_B从channel_A取数据
。

channel是指针类型的数据类型，通过make来分配内存。例如：
ch := make(chan int)

这表示创建一个channel，这个channel中只能保存int类型的数据。也就是说一端只能向此channel中放进int类型的值，另一端只能从此channel中读出int类型的值。

需要注意，chan TYPE才表示channel的类型。所以其作为参数或返回值时，需指定为xxx chan int类似的格式。

向ch这个channel放数据的操作形式为：
ch <- VALUE
从ch这个channel读数据的操作形式为：
<-ch // 从ch中读取一个值 val = <-ch val := <-ch // 从ch中读取一个值并保存到val变量中 val,ok = <-ch
// 从ch读取一个值，判断是否读取成功，如果成功则保存到val变量中
其实很简单，当ch出现在<-的左边表示send，当ch出现在<-的右边表示recv。

例如：
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { ch := make(chan string) go
sender(ch) // sender goroutine go recver(ch) // recver goroutine
time.Sleep(1e9) } func sender(ch chan string) { ch <- "malongshuai" ch <-
"gaoxiaofang" ch <- "wugui" ch <- "tuner" } func recver(ch chan string) { var
recv string for { recv = <-ch fmt.Println(recv) } }
输出结果：
malongshuai gaoxiaofang wugui tuner
上面激活了一个goroutine用于执行sender()函数，该函数每次向channel
ch中发送一个字符串。同时还激活了另一个goroutine用于执行recver()函数，该函数每次从channel ch中读取一个字符串。

注意上面的recv = <-ch，当channel中没有数据可读时，recver
goroutine将会阻塞在此行。由于recver中读取channel的操作放在了无限for循环中，表示recver
goroutine将一直阻塞，直到从channel ch中读取到数据，读取到数据后进入下一轮循环由被阻塞在recv = <-ch
上。直到main中的time.Sleep()指定的时间到了，main程序终止，所有的goroutine将全部被强制终止。

因为receiver要不断从channel中读取可能存在的数据，所以receiver一般都使用一个无限循环来读取channel
，避免sender发送的数据被丢弃。

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channel的属性和分类

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channel的3种操作

每个channel都有3种操作：send、receive和close

* send：表示sender端的goroutine向channel中投放数据

* receive：表示receiver端的goroutine从channel中读取数据

* close：表示关闭channel
* 关闭channel后，send操作将导致painc

* 关闭channel后，recv操作将返回对应类型的0值以及一个状态码false

* close并非强制需要使用close(ch)来关闭channel，在某些时候可以自动被关闭

* 如果使用close()，建议条件允许的情况下加上defer

* 只在sender端上显式使用close()关闭channel。因为关闭通道意味着没有数据再需要发送
例如，判断channel是否被关闭：
val, ok := <-counter if ok { fmt.Println(val) }

因为关闭通道也会让recv成功读取(只不过读取到的值为类型的空值)，使得原本阻塞在recv操作上的goroutine变得不阻塞，借此技巧可以实现goroutine的执行先后顺序
。具体示例见后文：指定goroutine的执行顺序 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9994652.html>。

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channel的两种分类

channel分为两种：unbuffered channel和buffered channel

* unbuffered channel：阻塞、同步模式
* sender端向channel中send一个数据，然后阻塞，直到receiver端将此数据receive

* receiver端一直阻塞，直到sender端向channel发送了一个数据

* buffered channel：非阻塞、异步模式
* sender端可以向channel中send多个数据(只要channel容量未满)，容量满之前不会阻塞

* receiver端按照队列的方式(FIFO,先进先出)从buffered channel中按序receive其中数据
可以认为阻塞和不阻塞是由channel控制的，无论是send还是recv操作，都是在向channel发送请求：

* 对于unbuffered
channel，sender发送一个数据，channel暂时不会向sender的请求返回ok消息，而是等到receiver准备接收channel数据了，channel才会向sender和receiver双方发送ok消息。在sender和receiver接收到ok消息之前，两者一直处于阻塞。

* 对于buffered
channel，sender每发送一个数据，只要channel容量未满，channel都会向sender的请求直接返回一个ok消息，使得sender不会阻塞，直到channel容量已满，channel不会向sender返回ok，于是sender被阻塞。对于receiver也一样，只要channel非空，receiver每次请求channel时，channel都会向其返回ok消息，直到channel为空，channel不会返回ok消息，receiver被阻塞。
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buffered channel的两个属性

buffered channel有两个属性：容量和长度：和slice的capacity和length的概念是一样的

* capacity：表示bufffered channel最多可以缓冲多少个数据

* length：表示buffered channel当前已缓冲多少个数据

* 创建buffered channel的方式为make(chan TYPE,CAP)
unbuffered channel可以认为是容量为0的buffered channel，所以每发送一个数据就被阻塞。注意，不是容量为1的buffered
channel，因为容量为1的channel，是在channel中已有一个数据，并发送第二个数据的时候才被阻塞。

换句话说，send被阻塞的时候，其实是没有发送成功的，只有被另一端读走一个数据之后才算是send成功。对于unbuffered
channel来说，这是send/recv的同步模式。而buffered
channel则是在每次发送数据到通道的时候，(通道)都向发送者返回一个消息，容量未满的时候返回成功的消息，发送者因此而不会阻塞，容量已满的时候因为已满而迟迟不返回消息，使得发送者被阻塞
。


实际上，当向一个channel进行send的时候，先关闭了channel，再读取channel时会发现错误在send，而不是recv。它会提示向已经关闭了的channel发送数据。
func main() { counter := make(chan int) go func() { counter <- 32 }()
close(counter) fmt.Println(<-counter) }
输出报错：
panic: send on closed channel
所以，在Go的内部行为中，send和recv是一个整体行为，数据未读就表示未send成功。

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两种特殊的channel

有两种特殊的channel：nil channel和channal类型的channel。

当未为channel分配内存时，channel就是nil channel，例如var ch1 chan int。nil
channel会永远阻塞对该channel的读、写操作。

nil
channel在某些时候有些妙用，例如在select(关于select，见后文)的某个case分支A将其它某case分支B所操作的channel突然设置为nil，这将会禁用case分支B。

当channel的类型为一个channel时，就是channel的channel，也就是双层通道。例如：
var chch1 chan chan int

channel的channel是指通道里的数据是通道，可以认为通道里面嵌套了一个或多个通道：只能将整个通道发送到外层通道，读取外层通道时获取到的是内层通道，然后可以操作内层通道。


// 发送通道给外层通道 chch1 <-ch1 chch1 <-ch2 // 从外层通道取出内层通道 c <-chch1 // 操作取出的内层通道 c
<-123 val := <-c
channel of
channel的妙用之一是将外层通道作为通道的加工厂：在某个goroutine中不断生成通道，在其它goroutine可以不断取出通道来操作。

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死锁(deadlock)


当channel的某一端(sender/receiver)期待另一端的(receiver/sender)操作，另一端正好在期待本端的操作时，也就是说两端都因为对方而使得自己当前处于阻塞状态，这时将会出现死锁问题。

更通俗地说，只要所有goroutine都被阻塞，就会出现死锁。

比如，在main函数中，它有一个默认的goroutine，如果在此goroutine中创建一个unbuffered channel，并在main
goroutine中向此channel中发送数据并直接receive数据，将会出现死锁：
package main import ( "fmt" ) func main (){ goo(32) } func goo(s int) {
counter := make(chan int) counter <- s fmt.Println(<-counter) }
在上面的示例中，向unbuffered channel中send数据的操作counter <- s是在main
goroutine中进行的，从此channel中recv的操作<-counter也是在main goroutine中进行的。send的时候会直接阻塞main
goroutine，使得recv操作无法被执行，go将探测到此问题，并报错：
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! goroutine 1 [chan send]:
要修复此问题，只需将send操作放在另一个goroutine中执行即可：
package main import ( "fmt" ) func main() { goo(32) } func goo(s int) {
counter := make(chan int) go func() { counter <- s }() fmt.Println(<-counter) }
或者，将counter设置为一个容量为1的buffered channel：
counter := make(chan int,1)
这样放完一个数据后send不会阻塞(被recv之前放第二个数据才会阻塞)，可以执行到recv操作。

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unbuffered channel同步通信示例


下面通过sync.WaitGroup类型来等待程序的结束，分析多个goroutine之间通信时状态的转换。因为创建的channel是unbuffered类型的，所以send和recv都是阻塞的。
package main import ( "fmt" "sync" ) // wg用于等待程序执行完成 var wg sync.WaitGroup
func main() { count := make(chan int) // 增加两个待等待的goroutines wg.Add(2)
fmt.Println("Start Goroutines") // 激活一个goroutine，label："Goroutine-1" go
printCounts("Goroutine-1", count) // 激活另一个goroutine，label："Goroutine-2" go
printCounts("Goroutine-2", count) fmt.Println("Communication of channel
begins") // 向channel中发送初始数据 count <- 1 // 等待goroutines都执行完成
fmt.Println("Waiting To Finish") wg.Wait() fmt.Println("\nTerminating the
Program") } func printCounts(label string, count chan int) { //
goroutine执行完成时，wg的计数器减1 defer wg.Done() for { // 从channel中接收数据 //
如果无数据可recv，则goroutine阻塞在此 val, ok := <-count if !ok { fmt.Println("Channel was
closed:",label) return } fmt.Printf("Count: %d received from %s \n", val,
label) if val == 10 { fmt.Printf("Channel Closed from %s \n", label) // Close
the channel close(count) return } // 输出接收到的数据后，加1，并重新将其send到channel中 val++
count <- val } }
上面的程序中，激活了两个goroutine，激活这两个goroutine后，向channel中发送一个初始数据值1，然后main
goroutine将因为wg.Wait()等待2个goroutine都执行完成而被阻塞。


再看这两个goroutine，这两个goroutine执行完全一样的函数代码，它们都接收count这个channel的数据，但可能是goroutine1先接收到channel中的初始值1，也可能是goroutine2先接收到初始值1。接收到数据后输出值，并在输出后对数据加1，然后将加1后的数据再次send到channel，每次send都会将自己这个goroutine阻塞(因为unbuffered
channel)，此时另一个goroutine因为等待recv而执行。当加1后发送给channel的数据为10之后，某goroutine将关闭count
channel，该goroutine将退出，wg的计数器减1，另一个goroutine因等待recv而阻塞的状态将因为channel的关闭而失败，ok状态码将让该goroutine退出，于是wg的计数器减为0，main
goroutine因为wg.Wait()而继续执行后面的代码。

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使用for range迭代channel


前面都是在for无限循环中读取channel中的数据，但也可以使用range来迭代channel，它会返回每次迭代过程中所读取的数据，直到channel被关闭。必须注意，只要channel未关闭，range迭代channel就会一直被阻塞。

例如，将上面示例中的printCounts()改为for-range的循环形式。
func printCounts(label string, count chan int) { defer wg.Done() for val :=
range count { fmt.Printf("Count: %d received from %s \n", val, label) if val ==
10 { fmt.Printf("Channel Closed from %s \n", label) close(count) return } val++
count <- val } }
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多个"管道"：输出作为输入


channel是goroutine与goroutine之间通信的基础，一边产生数据放进channel，另一边从channel读取放进来的数据。可以借此实现多个goroutine之间的数据交换，例如
goroutine_1->goroutine_2->goroutine_3
，就像bash的管道一样，上一个命令的输出可以不断传递给下一个命令的输入，只不过golang借助channel可以在多个goroutine(如函数的执行)之间传，而bash是在命令之间传。

以下是一个示例，第一个函数getRandNum()用于生成随机整数，并将生成的整数放进第一个channel
ch1中，第二个函数addRandNum()用于接收ch1中的数据(来自第一个函数)，将其输出，然后对接收的值加1后放进第二个channel
ch2中，第三个函数printRes接收ch2中的数据并将其输出。

如果将函数认为是Linux的命令，则类似于下面的命令行：ch1相当于第一个管道，ch2相当于第二个管道
getRandNum | addRandNum | printRes
以下是代码部分：
package main import ( "fmt" "math/rand" "sync" ) var wg sync.WaitGroup func
main() { wg.Add(3) // 创建两个channel ch1 := make(chan int) ch2 := make(chan int)
// 3个goroutine并行 go getRandNum(ch1) go addRandNum(ch1, ch2) go printRes(ch2)
wg.Wait() } func getRandNum(out chan int) { // defer the wg.Done() defer
wg.Done() var random int // 总共生成10个随机数 for i := 0; i < 10; i++ { //
生成[0,30)之间的随机整数并放进channel out random = rand.Intn(30) out <- random } close(out)
} func addRandNum(in,out chan int) { defer wg.Done() for v := range in { //
输出从第一个channel中读取到的数据 // 并将值+1后放进第二个channel中 fmt.Println("before +1:",v) out <-
(v + 1) } close(out) } func printRes(in chan int){ defer wg.Done() for v :=
range in { fmt.Println("after +1:",v) } }
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指定channel的方向


上面通过两个channel将3个goroutine连接起来，其中起连接作用的是第二个函数addRandNum()。在这个函数中使用了两个channel作为参数：一个channel用于接收、一个channel用于发送。

其实channel类的参数变量可以指定数据流向：

* in <-chan int：表示channel in通道只用于接收数据

* out chan<- int：表示channel out通道只用于发送数据


只用于接收数据的通道<-chan不可被关闭，因为关闭通道是针对发送数据而言的，表示无数据再需发送。对于recv来说，关闭通道是没有意义的。

所以，上面示例中三个函数可改写为：
func getRandNum(out chan<- int) { ... } func addRandNum(in <-chan int, out
chan<- int) { ... } func printRes(in <-chan int){ ... }
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buffered channel异步队列请求示例

下面是使用buffered channel实现异步处理请求的示例。

在此示例中：

* 有(最多)3个worker，每个worker是一个goroutine，它们有worker ID。

* 每个worker都从一个buffered
channel中取出待执行的任务，每个任务是一个struct结构，包含了任务id(JobID)，当前任务的队列号(ID)以及任务的状态(worker是否执行完成该任务)。

* 在main goroutine中将每个任务struct发送到buffered channel中，这个buffered
channel的容量为10，也就是最多只允许10个任务进行排队。

* worker每次取出任务后，输出任务号，然后执行任务(run)，最后输出任务id已完成。
* 每个worker执行任务的方式很简单：随机睡眠0-1秒钟，并将任务标记为完成。
以下是代码部分：
package main import ( "fmt" "math/rand" "sync" "time" ) type Task struct { ID
int JobID int Status string CreateTime time.Time } func (t *Task) run() { sleep
:= rand.Intn(1000) time.Sleep(time.Duration(sleep) * time.Millisecond) t.Status
= "Completed" } var wg sync.WaitGroup // worker的数量，即使用多少goroutine执行任务 const
workerNum = 3 func main() { wg.Add(workerNum) // 创建容量为10的buffered channel
taskQueue := make(chan *Task, 10) // 激活goroutine，执行任务 for workID := 0; workID
<= workerNum; workID++ { go worker(taskQueue, workID) } // 将待执行任务放进buffered
channel，共15个任务 for i := 1; i <= 15; i++ { taskQueue <- &Task{ ID: i, JobID: 100
+ i, CreateTime: time.Now(), } } close(taskQueue) wg.Wait() } // 从buffered
channel中读取任务，并执行任务 func worker(in <-chan *Task, workID int) { defer wg.Done()
for v := range in { fmt.Printf("Worker%d: recv a request: TaskID:%d,
JobID:%d\n", workID, v.ID, v.JobID) v.run() fmt.Printf("Worker%d: Completed for
TaskID:%d, JobID:%d\n", workID, v.ID, v.JobID) } }
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select多路监听


很多时候想要同时操作多个channel，比如从ch1、ch2读数据。Go提供了一个select语句块，它像switch一样工作，里面放一些case语句块，用来轮询每个case语句块的send或recv情况。

select

用法格式示例：
select { // ch1有数据时，读取到v1变量中 case v1 := <-ch1: ... // ch2有数据时，读取到v2变量中 case v2
:= <-ch2: ... // 所有case都不满足条件时，执行default default: ... }
defalut语句是可选的，不允许fall
through行为，但允许case语句块为空块。select会被return、break关键字中断：return是退出整个函数，break是退出当前select。

select的行为模式主要是对channel是否可读进行轮询，但也可以用来向channel发送数据。它的行为如下：

* 如果所有的case语句块评估时都被阻塞，则阻塞直到某个语句块可以被处理

* 如果多个case同时满足条件，则随机选择
一个进行处理，对于这一次的选择，其它的case都不会被阻塞，而是处理完被选中的case后进入下一轮select(如果select在循环中)或者结束select(如果select不在循环中或循环次数结束)

* 如果存在default且其它case都不满足条件，则执行default。所以default必须要可执行而不能阻塞
如果有所疑惑，后文的"select超时时间"有更有助于理解select的说明和示例。


所有的case块都是按源代码书写顺序进行评估的。当select未在循环中时，它将只对所有case评估一次，这次结束后就结束select。某次评估过程中如果有满足条件的case，则所有其它case都直接结束评估，并退出此次select
。


其实如果注意到select语句是在某一个goroutine中评估的，就不难理解只有所有case都不满足条件时，select所在goroutine才会被阻塞，只要有一个case满足条件，本次select就不会出现阻塞的情况。

需要注意的是，
如果在select中执行send操作，则可能会永远被send阻塞。所以，在使用send的时候，应该也使用defalut语句块，保证send不会被阻塞
。如果没有default，或者能确保select不阻塞的语句块，则迟早会被send阻塞。在后文有一个select中send永久阻塞的分析：
双层channel的一个示例 <https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9994496.html>。

一般来说，select会放在一个无限循环语句中，一直轮询channel的可读事件。


下面是一个示例，pump1()和pump2()都用于产生数据(一个产生偶数，一个产生奇数)，并将数据分别放进ch1和ch2两个通道，suck()则从ch1和ch2中读取数据。然后在无限循环中使用select轮询这两个通道是否可读，最后main
goroutine在1秒后强制中断所有goroutine。
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { ch1 := make(chan int) ch2
:= make(chan int) go pump1(ch1) go pump2(ch2) go suck(ch1, ch2) time.Sleep(1e9)
} func pump1(ch chan int) { for i := 0; i <= 30; i++ { if i%2 == 0 { ch <- i }
} } func pump2(ch chan int) { for i := 0; i <= 30; i++ { if i%2 == 1 { ch <- i
} } } func suck(ch1 chan int, ch2 chan int) { for { select { case v := <-ch1:
fmt.Printf("Recv on ch1: %d\n", v) case v := <-ch2: fmt.Printf("Recv on ch2:
%d\n", v) } } }

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