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Go中Channel發(fā)送和接收操作指南

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前言

先來看一道面試題:

對已經(jīng)關(guān)閉的 chan 進行讀寫,會怎么樣?為什么?

在上一篇學(xué)習(xí) Go 協(xié)程的文章中,知道 go 關(guān)鍵字可以用來開啟一個 goroutine 進行任務(wù)處理,但多個任務(wù)之間如果需要通信,就需要用到通道(channel)了。

一、Channel的定義

聲明并初始化一個通道,可以使用 Go 語言的內(nèi)建函數(shù) make,同時指定該通道類型的元素類型,下面聲明了一個 chan int 類型的 channel:

ch := make(chan int)

二、Channel的操作

發(fā)送(寫):發(fā)送操作包括了“復(fù)制元素值”和“放置副本到通道內(nèi)部”這兩個步驟。即:進入通道的并不是操作符右邊的那個元素值,而是它的副本。

ch := make(chan int)

// write to channel
ch - x

接收(讀):接收操作包含了“復(fù)制通道內(nèi)的元素值”、“放置副本到接收方”、“刪掉原值”三個步驟。

ch := make(chan int)

// read from channel
x - ch

// another way to read
x = - ch

關(guān)閉:關(guān)閉 channel 會產(chǎn)生一個廣播機制,所有向 channel 讀取消息的 goroutine 都會收到消息。

ch := make(chan int)

close(ch)

從一個已關(guān)閉的 channel 中讀取消息永遠不會阻塞,并且會返回一個為 false 的 ok-idiom,可以用它來判斷 channel 是否關(guān)閉:

v, ok := -ch

如果 ok 是false,表明接收的 v 是產(chǎn)生的零值,這個 channel 被關(guān)閉了或者為空。

三、Channel發(fā)送和接收操作的特點

  1. 一個通道相當于一個先進先出(FIFO)的隊列:也就是說,通道中的各個元素值都是嚴格地按照發(fā)送的順序排列的,先被發(fā)送通道的元素值一定會先被接收。
  2. 對于同一個通道,發(fā)送操作之間和接收操作之間是互斥的:同一時刻,對同一通道發(fā)送多個元素,直到這個元素值被完全復(fù)制進該通道之后,其他針對該通道的發(fā)送操作才可能被執(zhí)行。接收也是如此。
  3. 發(fā)送操作和接收操作中,對元素值的處理是不可分割的:前面我們知道發(fā)送一個值到通道,是先復(fù)制值,再將該副本移動到通道內(nèi)部,“不可分割”指的是發(fā)送操作要么還沒復(fù)制元素值,要么已經(jīng)復(fù)制完畢,絕不會出現(xiàn)只復(fù)制了一部分的情況。接收也是同理,在準備好元素值的副本之后,一定會刪除掉通道中的原值,絕不會出現(xiàn)通道中仍有殘留的情況。
  4. 發(fā)送操作和接收操作在完全完成之前會被阻塞:發(fā)送操作包括了“復(fù)制元素值”和“放置副本到通道內(nèi)部”這兩個步驟。在這兩個步驟完全完成之前,發(fā)起這個發(fā)送操作的那句代碼會一直阻塞在那里,在它之后的代碼不會有執(zhí)行的機會,直到阻塞解除。

四、Channel的類型

channel 分為不帶緩存的 channel 和帶緩存的 channel。

使用 make 聲明一個通道類型變量時,除了指定通道的元素類型,還可以指定通道的容量,也就是通道最多可以緩存多少個元素值,當容量為 0 時,該通道為非緩沖通道,當容量大于 0 時,該通道為帶有緩沖的通道。

ch := make(chan int)    //無緩沖的channel
ch := make(chan int, 3) //帶緩沖的channel

非緩沖通道和緩沖通道有著不同的數(shù)據(jù)傳遞方式:

  • 非緩沖通道:無論是發(fā)送操作還是接收操作,一開始執(zhí)行就會被阻塞,直到配對的操作也開始執(zhí)行,才會繼續(xù)傳遞。即:只有收發(fā)雙方對接上了,數(shù)據(jù)才會被傳遞。數(shù)據(jù)直接從發(fā)送方復(fù)制到接收方。非緩沖通道傳遞數(shù)據(jù)的方式是同步的。
  • 緩沖通道:如果通道已滿,對它的所有發(fā)送操作都會被阻塞,直到通道中有元素值被接收走。反之,如果通道已空,那么對它的所有接收操作都會被阻塞,直到通道中有新的元素值出現(xiàn)。元素值會先從發(fā)送方復(fù)制到緩沖通道,之后再由緩沖通道復(fù)制給接收方。緩沖通道傳遞數(shù)據(jù)的方式是異步的。

五、Channel的源碼學(xué)習(xí)

Channel 的主要實現(xiàn)在 src/runtime/chan.go 中,go 版本為 go version go1.14.6 darwin/amd64這里主要看 chansend 如何實現(xiàn)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
}

從代碼中可以看到:

  • 有 goroutine 阻塞在 channel recv 隊列上,此時緩存隊列為空,直接將消息發(fā)送給 reciever goroutine,只產(chǎn)生一次復(fù)制。
  • 當 channel 緩存隊列有剩余空間時,將數(shù)據(jù)放到隊列里,等待接收,接收后總共產(chǎn)生兩次復(fù)制。
  • 當 channel 緩存隊列已滿時,將當前 goroutine 加入 send 隊列并阻塞。

所以,開頭的面試題就有了答案:

讀:

讀已經(jīng)關(guān)閉的 chan,能一直讀到內(nèi)容,但是讀到的內(nèi)容根據(jù)通道內(nèi)關(guān)閉前是否有元素而不同。

如果 chan 關(guān)閉前,buffer 內(nèi)有元素還未讀,會正確讀到 chan 內(nèi)的值,且返回的第二個 bool 值為 true;

如果 chan 關(guān)閉前,buffer 內(nèi)有元素已經(jīng)被讀完,chan 內(nèi)無值,返回 channel 元素的零值,第二個 bool 值為 false。

寫:

寫已經(jīng)關(guān)閉的 chan 會 panic。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Go中Channel發(fā)送和接收操作的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go Channel發(fā)送和接收內(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(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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