總結(jié)了才知道，原來channel有這么多用法！

這篇文章總結(jié)了channel的10種常用操作，以一個(gè)更高的視角看待channel，會(huì)給大家?guī)韺?duì)channel更全面的認(rèn)識(shí)。

在介紹10種操作前，先簡(jiǎn)要介紹下channel的使用場(chǎng)景、基本操作和注意事項(xiàng)。

channel的使用場(chǎng)景

把channel用在數(shù)據(jù)流動(dòng)的地方：

  1. 消息傳遞、消息過濾
  2. 信號(hào)廣播
  3. 事件訂閱與廣播
  4. 請(qǐng)求、響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)
  5. 任務(wù)分發(fā)
  6. 結(jié)果匯總
  7. 并發(fā)控制
  8. 同步與異步
  9. ...

channel的基本操作和注意事項(xiàng)

channel存在3種狀態(tài)：

  1. nil，未初始化的狀態(tài)，只進(jìn)行了聲明，或者手動(dòng)賦值為nil
  2. active，正常的channel，可讀或者可寫
  3. closed，已關(guān)閉，千萬不要誤認(rèn)為關(guān)閉channel后，channel的值是nil

channel可進(jìn)行3種操作：

  1. 讀
  2. 寫
  3. 關(guān)閉

把這3種操作和3種channel狀態(tài)可以組合出9種情況：

操作 nil的channel 正常channel 已關(guān)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(duì)于nil通道的情況，也并非完全遵循上表，有1個(gè)特殊場(chǎng)景：當(dāng)nil的通道在select的某個(gè)case中時(shí)，這個(gè)case會(huì)阻塞，但不會(huì)造成死鎖。

參考代碼請(qǐng)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(chǎng)景：當(dāng)需要不斷從channel讀取數(shù)據(jù)時(shí)
  • 原理：使用for-range讀取channel，這樣既安全又便利，當(dāng)channel關(guān)閉時(shí)，for循環(huán)會(huì)自動(dòng)退出，無需主動(dòng)監(jiān)測(cè)channel是否關(guān)閉，可以防止讀取已經(jīng)關(guān)閉的channel，造成讀到數(shù)據(jù)為通道所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型的零值。
  • 用法：
for x := range ch{
    fmt.Println(x)
}

2. 使用_,ok判斷channel是否關(guān)閉

  • 場(chǎng)景：讀channel，但不確定channel是否關(guān)閉時(shí)
  • 原理：讀已關(guān)閉的channel會(huì)得到零值，如果不確定channel，需要使用ok進(jìn)行檢測(cè)。ok的結(jié)果和含義：
    • true：讀到數(shù)據(jù)，并且通道沒有關(guān)閉。
    • false：通道關(guān)閉，無數(shù)據(jù)讀到。
  • 用法：
if v, ok := <- ch; ok {
    fmt.Println(v)
}

3. 使用select處理多個(gè)channel

  • 場(chǎng)景：需要對(duì)多個(gè)通道進(jìn)行同時(shí)處理，但只處理最先發(fā)生的channel時(shí)
  • 原理：select可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)通道的情況，只處理未阻塞的case。當(dāng)通道為nil時(shí)，對(duì)應(yīng)的case永遠(yuǎn)為阻塞，無論讀寫。特殊關(guān)注：普通情況下，對(duì)nil的通道寫操作是要panic的。
  • 用法：
// 分配job時(shí)，如果收到關(guān)閉的通知?jiǎng)t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(quán)限

  • 場(chǎng)景：協(xié)程對(duì)某個(gè)通道只讀或只寫時(shí)
  • 目的：A. 使代碼更易讀、更易維護(hù)，B. 防止只讀協(xié)程對(duì)通道進(jìn)行寫數(shù)據(jù)，但通道已關(guān)閉，造成panic。
  • 用法：
    • 如果協(xié)程對(duì)某個(gè)channel只有寫操作，則這個(gè)channel聲明為只寫。
    • 如果協(xié)程對(duì)某個(gè)channel只有讀操作，則這個(gè)channe聲明為只讀。
// 只有g(shù)enerator進(jìn)行對(duì)outCh進(jìn)行寫操作，返回聲明
// <-chan int，可以防止其他協(xié)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(shù)據(jù)，聲明為<-chan int
// 可以防止它向inCh寫數(shù)據(jù)
func consumer(inCh <-chan int) {
    for x := range inCh {
        fmt.Println(x)
    }
}

5. 使用緩沖channel增強(qiáng)并發(fā)

  • 場(chǎng)景：并發(fā)
  • 原理：有緩沖通道可供多個(gè)協(xié)程同時(shí)處理，在一定程度可提高并發(fā)性。
  • 用法：
// 無緩沖
ch1 := make(chan int)
ch2 := make(chan int, 0)
// 有緩沖
ch3 := make(chan int, 1)

func test() {
    inCh := generator(100)
    outCh := make(chan int, 10)

    // 使用5個(gè)`do`協(xié)程同時(shí)處理輸入數(shù)據(jù)
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(5)
    for i := 0; i < 5; i++ {
        go do(inCh, outCh, &wg)
    }

    go func() {
        wg.Wait()
        close(outCh)
    }()

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

func generator(n int) <-chan int {
    outCh := make(chan int)
    go func() {
        for i := 0; i < n; i++ {
            outCh <- i
        }
        close(outCh)
    }()
    return outCh
}

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

    wg.Done()
}

6. 為操作加上超時(shí)

  • 場(chǎng)景：需要超時(shí)控制的操作
  • 原理：使用select和time.After，看操作和定時(shí)器哪個(gè)先返回，處理先完成的，就達(dá)到了超時(shí)控制的效果
  • 用法：
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(shí)現(xiàn)channel無阻塞讀寫

  • 場(chǎng)景：并不希望在channel的讀寫上浪費(fèi)時(shí)間
  • 原理：是為操作加上超時(shí)的擴(kuò)展，這里的操作是channel的讀或?qū)?/li>
  • 用法：
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(shí)，立即返回的效果

8. 使用close(ch)關(guān)閉所有下游協(xié)程

  • 場(chǎng)景：退出時(shí)，顯示通知所有協(xié)程退出
  • 原理：所有讀ch的協(xié)程都會(huì)收到close(ch)的信號(hào)
  • 用法：
func (h *Handler) Stop() {
    close(h.stopCh)

    // 可以使用WaitGroup等待所有協(xié)程退出
}

// 收到停止后，不再處理請(qǐng)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(hào)channel

  • 場(chǎng)景：使用channel傳遞信號(hào)，而不是傳遞數(shù)據(jù)時(shí)
  • 原理：沒數(shù)據(jù)需要傳遞時(shí)，傳遞空struct
  • 用法：
// 上例中的Handler.stopCh就是一個(gè)例子，stopCh并不需要傳遞任何數(shù)據(jù)
// 只是要給所有協(xié)程發(fā)送退出的信號(hào)
type Handler struct {
    stopCh chan struct{}
    reqCh chan *Request
}

10. 使用channel傳遞結(jié)構(gòu)體的指針而非結(jié)構(gòu)體

  • 場(chǎng)景：使用channel傳遞結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)時(shí)
  • 原理：channel本質(zhì)上傳遞的是數(shù)據(jù)的拷貝，拷貝的數(shù)據(jù)越小傳輸效率越高，傳遞結(jié)構(gòu)體指針，比傳遞結(jié)構(gòu)體更高效
  • 用法：
reqCh chan *Request

// 好過
reqCh chan Request

11. 使用channel傳遞channel

  • 場(chǎng)景：使用場(chǎng)景有點(diǎn)多，通常是用來獲取結(jié)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(qǐng)求的結(jié)果，另一個(gè)示例可以見另外文章的版本3。
package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    reqs := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

    // 存放結(jié)果的channel的channel
    outs := make(chan chan int, len(reqs))
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(len(reqs))
    for _, x := range reqs {
        o := handle(&wg, x)
        outs <- o
    }

    go func() {
        wg.Wait()
        close(outs)
    }()

    // 讀取結(jié)果，結(jié)果有序
    for o := range outs {
        fmt.Println(<-o)
    }
}

// handle 處理請(qǐng)求，耗時(shí)隨機(jī)模擬
func handle(wg *sync.WaitGroup, a int) chan int {
    out := make(chan int)
    go func() {
        time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(3)) * time.Second)
        out <- a
        wg.Done()
    }()
    return out
}

你有哪些channel的奇淫巧技，說來看看？

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  2. 本文作者：大彬
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