Go中Channel发送和接收操作指南
前言
先来看一道面试题:
对已经关闭的 chan 进行读写,会怎么样?为什么?
在上一篇学习 Go 协程的文章中,知道 go 关键字可以用来开启一个 goroutine 进行任务处理,但多个任务之间如果需要通信,就需要用到通道(channel)了。
一、Channel的定义
声明并初始化一个通道,可以使用 Go 语言的内建函数 make,同时指定该通道类型的元素类型,下面声明了一个 chan int 类型的 channel:
ch := make(chan int)
二、Channel的操作
发送(写):发送操作包括了“复制元素值”和“放置副本到通道内部”这两个步骤。即:进入通道的并不是操作符右边的那个元素值,而是它的副本。
ch := make(chan int) // write to channel ch <- x
接收(读):接收操作包含了“复制通道内的元素值”、“放置副本到接收方”、“删掉原值”三个步骤。
ch := make(chan int) // read from channel x <- ch // another way to read x = <- ch
关闭:关闭 channel 会产生一个广播机制,所有向 channel 读取消息的 goroutine 都会收到消息。
ch := make(chan int) close(ch)
从一个已关闭的 channel 中读取消息永远不会阻塞,并且会返回一个为 false 的 ok-idiom,可以用它来判断 channel 是否关闭:
v, ok := <-ch
如果 ok 是false,表明接收的 v 是产生的零值,这个 channel 被关闭了或者为空。
三、Channel发送和接收操作的特点
- 一个通道相当于一个先进先出(FIFO)的队列:也就是说,通道中的各个元素值都是严格地按照发送的顺序排列的,先被发送通道的元素值一定会先被接收。
- 对于同一个通道,发送操作之间和接收操作之间是互斥的:同一时刻,对同一通道发送多个元素,直到这个元素值被完全复制进该通道之后,其他针对该通道的发送操作才可能被执行。接收也是如此。
- 发送操作和接收操作中,对元素值的处理是不可分割的:前面我们知道发送一个值到通道,是先复制值,再将该副本移动到通道内部,“不可分割”指的是发送操作要么还没复制元素值,要么已经复制完毕,绝不会出现只复制了一部分的情况。接收也是同理,在准备好元素值的副本之后,一定会删除掉通道中的原值,绝不会出现通道中仍有残留的情况。
- 发送操作和接收操作在完全完成之前会被阻塞:发送操作包括了“复制元素值”和“放置副本到通道内部”这两个步骤。在这两个步骤完全完成之前,发起这个发送操作的那句代码会一直阻塞在那里,在它之后的代码不会有执行的机会,直到阻塞解除。
四、Channel的类型
channel 分为不带缓存的 channel 和带缓存的 channel。
使用 make 声明一个通道类型变量时,除了指定通道的元素类型,还可以指定通道的容量,也就是通道最多可以缓存多少个元素值,当容量为 0 时,该通道为非缓冲通道,当容量大于 0 时,该通道为带有缓冲的通道。
ch := make(chan int) //无缓冲的channel ch := make(chan int, 3) //带缓冲的channel
非缓冲通道和缓冲通道有着不同的数据传递方式:
- 非缓冲通道:无论是发送操作还是接收操作,一开始执行就会被阻塞,直到配对的操作也开始执行,才会继续传递。即:只有收发双方对接上了,数据才会被传递。数据直接从发送方复制到接收方。非缓冲通道传递数据的方式是同步的。
- 缓冲通道:如果通道已满,对它的所有发送操作都会被阻塞,直到通道中有元素值被接收走。反之,如果通道已空,那么对它的所有接收操作都会被阻塞,直到通道中有新的元素值出现。元素值会先从发送方复制到缓冲通道,之后再由缓冲通道复制给接收方。缓冲通道传递数据的方式是异步的。
五、Channel的源码学习
Channel 的主要实现在 src/runtime/chan.go 中,go 版本为 go version go1.14.6 darwin/amd64这里主要看 chansend 如何实现的。
func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool { if c == nil { if !block { return false } gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2) throw("unreachable") } if debugChan { print("chansend: chan=", c, "\n") } if raceenabled { racereadpc(c.raceaddr(), callerpc, funcPC(chansend)) } // Fast path: check for failed non-blocking operation without acquiring the lock. // // After observing that the channel is not closed, we observe that the channel is // not ready for sending. Each of these observations is a single word-sized read // (first c.closed and second c.recvq.first or c.qcount depending on kind of channel). // Because a closed channel cannot transition from 'ready for sending' to // 'not ready for sending', even if the channel is closed between the two observations, // they imply a moment between the two when the channel was both not yet closed // and not ready for sending. We behave as if we observed the channel at that moment, // and report that the send cannot proceed. // // It is okay if the reads are reordered here: if we observe that the channel is not // ready for sending and then observe that it is not closed, that implies that the // channel wasn't closed during the first observation. if !block && c.closed == 0 && ((c.dataqsiz == 0 && c.recvq.first == nil) || (c.dataqsiz > 0 && c.qcount == c.dataqsiz)) { return false } var t0 int64 if blockprofilerate > 0 { t0 = cputicks() } lock(&c.lock) if c.closed != 0 { unlock(&c.lock) panic(plainError("send on closed channel")) } if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil { // Found a waiting receiver. We pass the value we want to send // directly to the receiver, bypassing the channel buffer (if any). send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3) return true } if c.qcount < c.dataqsiz { // Space is available in the channel buffer. Enqueue the element to send. qp := chanbuf(c, c.sendx) if raceenabled { raceacquire(qp) racerelease(qp) } typedmemmove(c.elemtype, qp, ep) c.sendx++ if c.sendx == c.dataqsiz { c.sendx = 0 } c.qcount++ unlock(&c.lock) return true } if !block { unlock(&c.lock) return false } // Block on the channel. Some receiver will complete our operation for us. gp := getg() mysg := acquireSudog() mysg.releasetime = 0 if t0 != 0 { mysg.releasetime = -1 } // No stack splits between assigning elem and enqueuing mysg // on gp.waiting where copystack can find it. mysg.elem = ep mysg.waitlink = nil mysg.g = gp mysg.isSelect = false mysg.c = c gp.waiting = mysg gp.param = nil c.sendq.enqueue(mysg) gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 2) // Ensure the value being sent is kept alive until the // receiver copies it out. The sudog has a pointer to the // stack object, but sudogs aren't considered as roots of the // stack tracer. KeepAlive(ep) // someone woke us up. if mysg != gp.waiting { throw("G waiting list is corrupted") } gp.waiting = nil gp.activeStackChans = false if gp.param == nil { if c.closed == 0 { throw("chansend: spurious wakeup") } panic(plainError("send on closed channel")) } gp.param = nil if mysg.releasetime > 0 { blockevent(mysg.releasetime-t0, 2) } mysg.c = nil releaseSudog(mysg) return true }
从代码中可以看到:
- 有 goroutine 阻塞在 channel recv 队列上,此时缓存队列为空,直接将消息发送给 reciever goroutine,只产生一次复制。
- 当 channel 缓存队列有剩余空间时,将数据放到队列里,等待接收,接收后总共产生两次复制。
- 当 channel 缓存队列已满时,将当前 goroutine 加入 send 队列并阻塞。
所以,开头的面试题就有了答案:
读:
读已经关闭的 chan,能一直读到内容,但是读到的内容根据通道内关闭前是否有元素而不同。
如果 chan 关闭前,buffer 内有元素还未读,会正确读到 chan 内的值,且返回的第二个 bool 值为 true;
如果 chan 关闭前,buffer 内有元素已经被读完,chan 内无值,返回 channel 元素的零值,第二个 bool 值为 false。
写:
写已经关闭的 chan 会 panic。
总结
上一篇:go实现整型的二进制转化的方法
栏 目:Golang
下一篇:Go语言字典(map)用法实例分析【创建,填充,遍历,查找,修改,删除】
本文标题:Go中Channel发送和接收操作指南
本文地址:http://www.codeinn.net/misctech/186491.html