Go語言帶緩沖的通道實(shí)現(xiàn)

Go語言中有緩沖的通道（buffered channel）是一種在被接收前能存儲(chǔ)一個(gè)或者多個(gè)值的通道。這種類型的通道并不強(qiáng)制要求 goroutine 之間必須同時(shí)完成發(fā)送和接收。通道會(huì)阻塞發(fā)送和接收動(dòng)作的條件也會(huì)不同。只有在通道中沒有要接收的值時(shí)，接收動(dòng)作才會(huì)阻塞。只有在通道沒有可用緩沖區(qū)容納被發(fā)送的值時(shí)，發(fā)送動(dòng)作才會(huì)阻塞。

這導(dǎo)致有緩沖的通道和無緩沖的通道之間的一個(gè)很大的不同：無緩沖的通道保證進(jìn)行發(fā)送和接收的 goroutine 會(huì)在同一時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；有緩沖的通道沒有這種保證。

在無緩沖通道的基礎(chǔ)上，為通道增加一個(gè)有限大小的存儲(chǔ)空間形成帶緩沖通道。帶緩沖通道在發(fā)送時(shí)無需等待接收方接收即可完成發(fā)送過程，并且不會(huì)發(fā)生阻塞，只有當(dāng)存儲(chǔ)空間滿時(shí)才會(huì)發(fā)生阻塞。同理，如果緩沖通道中有數(shù)據(jù)，接收時(shí)將不會(huì)發(fā)生阻塞，直到通道中沒有數(shù)據(jù)可讀時(shí)，通道將會(huì)再度阻塞。

無緩沖通道保證收發(fā)過程同步。無緩沖收發(fā)過程類似于快遞員給你電話讓你下樓取快遞，整個(gè)遞交快遞的過程是同步發(fā)生的，你和快遞員不見不散。但這樣做快遞員就必須等待所有人下樓完成操作后才能完成所有投遞工作。如果快遞員將快遞放入快遞柜中，并通知用戶來取，快遞員和用戶就成了異步收發(fā)過程，效率可以有明顯的提升。帶緩沖的通道就是這樣的一個(gè)“快遞柜”。

創(chuàng)建帶緩沖通道

如何創(chuàng)建帶緩沖的通道呢？參見如下代碼：

通道實(shí)例 := make(chan 通道類型, 緩沖大小)

• 通道類型：和無緩沖通道用法一致，影響通道發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)類型。
• 緩沖大小：決定通道最多可以保存的元素?cái)?shù)量。
• 通道實(shí)例：被創(chuàng)建出的通道實(shí)例。

下面通過一個(gè)例子中來理解帶緩沖通道的用法，參見下面的代碼：

package main
import "fmt"
func main() {
    // 創(chuàng)建一個(gè)3個(gè)元素緩沖大小的整型通道
    ch := make(chan int, 3)
    // 查看當(dāng)前通道的大小
    fmt.Println(len(ch))
    // 發(fā)送3個(gè)整型元素到通道
    ch - 1
    ch - 2
    ch - 3
    // 查看當(dāng)前通道的大小
    fmt.Println(len(ch))
}

代碼輸出如下：
0
3

代碼說明如下：

• 第 8 行，創(chuàng)建一個(gè)帶有 3 個(gè)元素緩沖大小的整型類型的通道。
• 第 11 行，查看當(dāng)前通道的大小。帶緩沖的通道在創(chuàng)建完成時(shí)，內(nèi)部的元素是空的，因此使用 len() 獲取到的返回值為 0。
• 第 14～16 行，發(fā)送 3 個(gè)整型元素到通道。因?yàn)槭褂昧司彌_通道。即便沒有 goroutine 接收，發(fā)送者也不會(huì)發(fā)生阻塞。
• 第 19 行，由于填充了 3 個(gè)通道，此時(shí)的通道長度變?yōu)?3。

阻塞條件

帶緩沖通道在很多特性上和無緩沖通道是類似的。無緩沖通道可以看作是長度永遠(yuǎn)為 0 的帶緩沖通道。因此根據(jù)這個(gè)特性，帶緩沖通道在下面列舉的情況下依然會(huì)發(fā)生阻塞：

• 帶緩沖通道被填滿時(shí)，嘗試再次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生阻塞。
• 帶緩沖通道為空時(shí)，嘗試接收數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生阻塞。

為什么Go語言對通道要限制長度而不提供無限長度的通道？

我們知道通道（channel）是在兩個(gè) goroutine 間通信的橋梁。使用 goroutine 的代碼必然有一方提供數(shù)據(jù)，一方消費(fèi)數(shù)據(jù)。當(dāng)提供數(shù)據(jù)一方的數(shù)據(jù)供給速度大于消費(fèi)方的數(shù)據(jù)處理速度時(shí)，如果通道不限制長度，那么內(nèi)存將不斷膨脹直到應(yīng)用崩潰。因此，限制通道的長度有利于約束數(shù)據(jù)提供方的供給速度，供給數(shù)據(jù)量必須在消費(fèi)方處理量+通道長度的范圍內(nèi)，才能正常地處理數(shù)據(jù)。

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