这些 channel 用法你都用起来了吗？

2023-10-16  本文已影响0人  阿兵云原生

channel 是什么？

channel 是GO语言中一种特殊的类型，是连接并发goroutine的管道

channel 通道是可以让一个 goroutine 协程发送特定值到另一个 goroutine 协程的通信机制。

关于 channel 的原理，channel通道需要注意的地方，之前有分享过，可以查看如下文章

  1. GO通道和 sync 包的分享
  2. GO 中 channel 实现原理

本次，我们主要分享的是关于 nil channel 通道，有缓冲通道，无缓冲通道 的常用方法以及巧妙使用的方式

巧用 nil 的 channel 通道

平日里使用的 channel 通道都是使用无缓冲，或者有缓冲的 channel 通道，或许使用为 nil 的 channel 通道还是比较少，甚至都不知道如何去使用 nil 的 channel 通道

我们先来看这么一个例子

  1. 创建两个 channel c1, c2 ，数据类型是 struct{} ，用于占位
  2. 分别开辟两个子协程，其中子协程 1 在 2 秒之后写入数据给到 c1，另外一个子协程 2 在 1 秒之后写入数据给到 c2
  3. 主协程循环等待阻塞读取 c1 , c2 里面的数据，读取后将对应的标识 ok1 / ok2 置为 true
  4. 当 ok1 和 ok2 都为 true 的时候，退出循环，结束程序
func main() {
    c1, c2 := make(chan struct{}), make(chan struct{})
    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 2)
        c1 <- struct{}{}
        //close(c1)
    }()

    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 1)
        c2 <- struct{}{}
       // close(c2)
    }()

    var (
        ok1 bool
        ok2 bool
    )
    for {
        select {
        case <-c1:
                ok1 = true
                fmt.Println("1")
        case <-c2:
                ok2 = true
                fmt.Println("2")
        }

        if ok1 && ok2 {
                break
        }
    }

    fmt.Println("program termination ... ")
}

运行结果如下：

2
1
program termination ...

看上去效果一切正常，若此时，我们将上述代码中的 close(c1) 和 close(c2) 的注释去掉，我们再查看一下结果就回是这样的：

...
2
2
2
1
program termination ...

出现这样的问题是什么呢？是因为我们 close channel 通道之后，若还对这个通道写入数据会 panic，若还从这个通道读取数据会立即返回该通道类型的零值，而不会阻塞等待数据

因此才会有上述情况，那么这个时候，我就可以很好的用好这个 nil 的 channel，咱就可以这样来调整一下关于通道使用的情况

修改为，从通道中读取数据时，先判断通道是否已经关闭，若关闭则将通道设置为 nil，若未关闭，则打印我们从通道中读取的数据（此处模拟直接打印一个固定的值）

for {
    select {
    case _, ok := <-c1:
        if !ok {
            c1 = nil
        }else{
            fmt.Println("1")
        }
    
    case _, ok := <-c2:
        if !ok {
            c2 = nil
        }else{
            fmt.Println("2")
        }
    }
    
    if c1 == nil && c2 == nil {
            break
    }
}

这种时候，我们就知道对于从通道中读取数据，先去判断通道是否关闭，若通道关闭了，那么我们直接显示的给通道设置为 nil

这里是否会有这么一个疑问？关闭通道，通道变量不应该就变成 nil 了吗？为什么我们还要自己去设置为 nil？

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实际上这就是我们对于通道的基础知识不扎实了，关闭通道后，通道本身并不会变为 nil。通道变量仍然持有通道的地址，只是通道的状态变为了已关闭

巧用无缓冲 channel 通道

对于无缓冲的 channel 通道，只有在对其进行接收操作的 goroutine 协程和对其进行发送操作的 goroutine 协程都存在的情况下，通信才能进行，否则单方面的操作会让对应的 goroutine 协程陷入阻塞状态，因为该 channel 通道没有缓冲

使用无缓冲的 channel 通道，我们可以用在如下几个方面

  1. 信号传递

信号传递我们就可以用在两个协程一对一的传递信号上面，当然我们也可以使用在主协程主动通知所有子协程关闭的全场景下，这就是一对多的传递信号，相关的 demo 可以在这期文章中有展示

GO 语言的并发模式

一对一（一个发一个收）

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[图片上传失败...(image-168d77-1697552448530)]

一对多（一个发多个收，此处可以是 协程 1 close 掉 通道，那么 多个协程默认都能够读取到通道的值是零值，此时多个子协程就可以根据通道的关闭状态来处理后续的逻辑）

[图片上传失败...(image-452dd9-1697552448530)]

[图片上传失败...(image-81028d-1697552448530)]

  1. 控制同步

GO语言倡导我们不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存，此处 channel 就是这样设计的，当然如果需要有更高的性能，那么我们还是可以使用更加低级的GO语言原语 sync 包中的锁机制

可以点击查看往期文章：sync 锁机制

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巧用有缓冲 channel 通道

  1. 用作队列

用作队列应该是比较好理解的，队列先入先出 FIFO，给 channel 通道设置明确的缓冲区，例如 ch:=make(chan int, 10)

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多个协程就可以异步的并发处理该队列，由于有缓冲的 channel 通道中有一定的容量，因此，对于协程读取通道中数据时，存在阻塞的情况相对无缓冲的通道来说就会少很多，相应的在一定程度上就提升了性能

对于有缓冲的 channel 通道，channel 通道满的时候，写入数据会阻塞，读取数据正常处理， channel 通道空的时候，写入数据正常，读取数据会阻塞

  1. 用作信号量

有缓冲的 channel 通道还可以用来计数，例如我们有 15 个 job，可是目前只有 3 个 worker，那么同一时间，只会有 3 个worker 来干活，我们就可以使用通道来查看目前有多少个 worker 在工作，写一个简单的 demo

func main() {
    j := make(chan int, 15)
    worker := make(chan int, 3)

    go func() {
        for i := 0; i < 15; i++ {
            j <- i
        }
        close(j)
    }()

    var wg sync.WaitGroup

    for job := range j {
        wg.Add(1)
        go func(job int) {
            defer wg.Done()
            worker <- job
            // 模拟干活
            fmt.Println("正在执行 job : ", job)
            time.Sleep(time.Second * 1)
            <-worker
        }(job)
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("program termination ... ")
}

感兴趣的 xdm 的可以复制代码运行一下，可以看到效果是 3 个 job 一起打印，间隔 1 秒后，又是 3 个 job 一起打印的😁

select 和 channel 通道如何结合使用？

  1. 心跳
func main() {
    h := time.NewTicker(2 * time.Second)
    defer h.Stop()
    for {
        select {
        case <-h.C:
            // 模拟处理心跳
            fmt.Println("hhh")
        }
    }
}
  1. 使用 default

select ...default这个组合就不必过多赘述了，就是在我们阻塞读取通道数据时，若当前时间没有从任何一个通道中读取到数据，则默认走 default 里面的逻辑

  1. 超时机制

超时机制使用的也是非常频繁的，很多时候为了方便，可能我们会使用例如<- time.After(10 * time.Second)的方式，使用这种方式，GO 语言会维护一个最小堆，当时间到了，通道被唤醒的时候，就会从最小堆顶取出 timer 对象，再执行 timer 中的函数，执行完毕之后，自行就会做删除，自行就会做 GC

可是在上述这种方式使用比较多的时候，会给程序带来 GC 的压力，我们完全可以入如下方式来实现超时机制，显示的去做 GC

func main() {
    c := time.NewTimer(10 * time.Second)
    defer c.Stop()
    for {
        select {
        case <-c.C:
            fmt.Println("program overtime ")
            return
        }
    }
}

总结

本次演示了关于 nil channel，有缓冲 channel ，无缓冲 channel ， select 如何与 channel 配合使用，上述 demo 完全可以复制下来，xdm 可以自行运行，查看效果

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好了，本次就到这里

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