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總結了才知道，原來channel有這么多用法！

本文轉載自   查看原文   2020-06-14 20:02   1264 

這篇文章總結了channel的11種常用操作，以一個更高的視角看待channel，會給大家帶來對channel更全面的認識。

在介紹11種操作前，先簡要介紹下channel的使用場景、基本操作和注意事項。

channel的使用場景

把channel用在數據流動的地方：

  1. 消息傳遞、消息過濾
  2. 信號廣播
  3. 事件訂閱與廣播
  4. 請求、響應轉發
  5. 任務分發
  6. 結果匯總
  7. 並發控制
  8. 同步與異步
  9. …

channel的基本操作和注意事項

channel存在3種狀態：

  1. nil，未初始化的狀態，只進行了聲明，或者手動賦值為nil
  2. active，正常的channel，可讀或者可寫
  3. closed，已關閉，千萬不要誤認為關閉channel后，channel的值是nil

channel可進行3種操作：

  1. 讀
  2. 寫
  3. 關閉

把這3種操作和3種channel狀態可以組合出9種情況：

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

對於nil通道的情況，也並非完全遵循上表，有1個特殊場景：當nil的通道在select的某個case中時，這個case會阻塞，但不會造成死鎖。

參考代碼請看：https://dave.cheney.net/2014/03/19/channel-axioms

下面介紹使用channel的10種常用操作。

1. 使用for range讀channel

場景

當需要不斷從channel讀取數據時。

原理

使用for-range讀取channel，這樣既安全又便利，當channel關閉時，for循環會自動退出，無需主動監測channel是否關閉，可以防止讀取已經關閉的channel，造成讀到數據為通道所存儲的數據類型的零值。

用法

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for x := range ch{
 fmt.Println(x)
}

2. 使用v,ok := <-ch + select操作判斷channel是否關閉

場景

v,ok := <-ch + select操作判斷channel是否關閉

原理

ok的結果和含義：

- `true`：讀到通道數據，不確定是否關閉，可能channel還有保存的數據，但channel已關閉。
- `false`：通道關閉，無數據讀到。

從關閉的channel讀值讀到是channel所傳遞數據類型的零值，這個零值有可能是發送者發送的，也可能是channel關閉了。

_, ok := <-ch與select配合使用的，當ok為false時，代表了channel已經close。下面解釋原因，_,ok := <-ch對應的函數是func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool)，入參block含義是當前goroutine是否可阻塞，當block為false代表的是select操作，不可阻塞當前goroutine的在channel操作，否則是普通操作（即_, ok不在select中）。返回值selected代表當前操作是否成功，主要為select服務，返回received代表是否從channel讀到有效值。它有3種返回值情況：

  1. block為false，即執行select時，如果channel為空，返回(false,false)，代表select操作失敗，沒接收到值。
  2. 否則，如果channel已經關閉，並且沒有數據，ep即接收數據的變量設置為零值，返回(true,false)，代表select操作成功，但channel已關閉，沒讀到有效值。
  3. 否則，其他讀到有效數據的情況，返回(true,ture)。

我們考慮_, ok := <-ch和select結合使用的情況。

情況1：當chanrecv返回(false,false)時，本質是select操作失敗了，所以相關的case會阻塞，不會執行，比如下面的代碼：

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func main() {
 ch := make(chan int)
 select {
 case v, ok := <-ch:
 fmt.Printf("v: %v, ok: %v\n", v, ok)
 default:
 fmt.Println("nothing")
 }
}

// 結果：
// nothing

情況2：下面的結果會是零值和false：

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func main() {
 ch := make(chan int)

 // 增加關閉
 close(ch)

 select {
 case v, ok := <-ch:
 fmt.Printf("v: %v, ok: %v\n", v, ok)
 }
}

// v: 0, ok: false

情況3的received為true，即_, ok中的ok為true，不做討論了，只討論ok為false的情況。

最后ok為false的時候，只有情況2，此時channel必然已經關閉，我們便可以在select中用ok判斷channel是否已經關閉。

用法

下面例子展示了，向channel寫數據然后關閉，依然可以從已關閉channel讀到有效數據，但channel關閉且沒有數據時，讀不到有效數據，ok為false，可以確定當前channel已關閉。

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// demo_select6.go
func main() {
 ch := make(chan int, 1)

 // 發送1個數據關閉channel
 ch <- 1
 close(ch)
 print("close channel\n")

 // 不停讀數據直到channel沒有有效數據
 for {
 select {
 case v, ok := <-ch:
 print("v: ", v, ", ok:", ok, "\n")
 if !ok {
 print("channel is close\n")
 return
 } 
 default:
 print("nothing\n")
 }
 }
}

// 結果
// close channel
// v: 1, ok:true
// v: 0, ok:false
// channel is close

更多見golang_step_by_step/channel/ok倉庫中ok和select的示例，或者閱讀channel源碼。

3. 使用select處理多個channel

場景

需要對多個通道進行同時處理，但只處理最先發生的channel時

原理

select可以同時監控多個通道的情況，只處理未阻塞的case。當通道為nil時，對應的case永遠為阻塞，無論讀寫。特殊關注：普通情況下，對nil的通道寫操作是要panic的。

用法

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// 分配job時，如果收到關閉的通知則退出，不分配job
func (h *Handler) handle(job *Job) {
 select {
 case h.jobCh<-job:
 return 
 case <-h.stopCh:
 return
 }
}

4. 使用channel的聲明控制讀寫權限

場景

協程對某個通道只讀或只寫時

目的：

  1. 使代碼更易讀、更易維護，
  2. 防止只讀協程對通道進行寫數據，但通道已關閉，造成panic。

用法

  • 如果協程對某個channel只有寫操作，則這個channel聲明為只寫。
  • 如果協程對某個channel只有讀操作，則這個channe聲明為只讀。
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// 只有generator進行對outCh進行寫操作，返回聲明
// <-chan int，可以防止其他協程亂用此通道，造成隱藏bug
func generator(int n) <-chan int {
 outCh := make(chan int)
 go func(){
 for i:=0;i<n;i++{
 outCh<-i
 }
 }()
 return outCh
}

// consumer只讀inCh的數據，聲明為<-chan int
// 可以防止它向inCh寫數據
func consumer(inCh <-chan int) {
 for x := range inCh {
 fmt.Println(x)
 }
}

5. 使用緩沖channel增強並發

場景

異步

原理

有緩沖通道可供多個協程同時處理，在一定程度可提高並發性。

用法

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// 無緩沖
ch1 := make(chan int)
ch2 := make(chan int, 0)
// 有緩沖
ch3 := make(chan int, 1)
 
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// 使用5個`do`協程同時處理輸入數據
func test() {
 inCh := generator(100)
 outCh := make(chan int, 10)

 for i := 0; i < 5; i++ {
 go do(inCh, outCh)
 }

 for r := range outCh {
 fmt.Println(r)
 }
}

func do(inCh <-chan int, outCh chan<- int) {
 for v := range inCh {
 outCh <- v * v
 }
}

6. 為操作加上超時

場景

需要超時控制的操作

原理

使用select和time.After，看操作和定時器哪個先返回，處理先完成的，就達到了超時控制的效果

用法

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func doWithTimeOut(timeout time.Duration) (int, error) {
 select {
 case ret := <-do():
 return ret, nil
 case <-time.After(timeout):
 return 0, errors.New("timeout")
 }
}

func do() <-chan int {
 outCh := make(chan int)
 go func() {
 // do work
 }()
 return outCh
}

7. 使用time實現channel無阻塞讀寫

場景

並不希望在channel的讀寫上浪費時間

原理

是為操作加上超時的擴展，這里的操作是channel的讀或寫

用法

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func unBlockRead(ch chan int) (x int, err error) {
 select {
 case x = <-ch:
 return x, nil
 case <-time.After(time.Microsecond):
 return 0, errors.New("read time out")
 }
}

func unBlockWrite(ch chan int, x int) (err error) {
 select {
 case ch <- x:
 return nil
 case <-time.After(time.Microsecond):
 return errors.New("read time out")
 }
}

注：time.After等待可以替換為default，則是channel阻塞時，立即返回的效果

8. 使用close(ch)關閉所有下游協程

場景

退出時，顯示通知所有協程退出

原理

所有讀ch的協程都會收到close(ch)的信號

用法

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func (h *Handler) Stop() {
 close(h.stopCh)

 // 可以使用WaitGroup等待所有協程退出
}

// 收到停止后，不再處理請求
func (h *Handler) loop() error {
 for {
 select {
 case req := <-h.reqCh:
 go handle(req)
 case <-h.stopCh:
 return
 }
 }
}

9. 使用chan struct{}作為信號channel

場景

使用channel傳遞信號，而不是傳遞數據時

原理

沒數據需要傳遞時，傳遞空struct

用法

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// 上例中的Handler.stopCh就是一個例子，stopCh並不需要傳遞任何數據
// 只是要給所有協程發送退出的信號
type Handler struct {
 stopCh chan struct{}
 reqCh chan *Request
}

10. 使用channel傳遞結構體的指針而非結構體

場景

使用channel傳遞結構體數據時

原理

channel本質上傳遞的是數據的拷貝，拷貝的數據越小傳輸效率越高，傳遞結構體指針，比傳遞結構體更高效

用法

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reqCh chan *Request

// 好過
reqCh chan Request

11. 使用channel傳遞channel

場景

使用場景有點多，通常是用來獲取結果。

原理

channel可以用來傳遞變量，channel自身也是變量，可以傳遞自己。

用法

下面示例展示了有序展示請求的結果，另一個示例可以見另外文章的版本3。


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