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Golang goroutine与channel

Golang channel Goroutine

2023-09-14 08:56:53 时间

　　使用goroutine的方法很简单，直接在语句前面加go关键字即可，如果是多核处理器的电脑，使用gorountine，就会在另外一个CPU上执行goroutine，子协程不一定会和主协程在一个CPU上执行。

　　这里有两个注意的地方，使用go关键字的进程称之为子协程，而没有使用go关键字的进程称之为主协程，在多CPU的机器上，如果有多个协程，那么这些协程的执行顺序以及执行完成的顺序都是不确定的，但有一点，如果主协程结束，那么整个进程就结束了，不论子协程是否结束，整个进程都结束了，也就看不到子协程的运行结果了。

示例1

package main
import "fmt"
func main() {
	go fmt.Println("hello")  //子协程
	fmt.Println("world")　　　//主协程
}

　　上面的代码执行之后，会有三种结果：

　　1、hello world 2、world 3、world hello

　　上面这三个结果都是正确的。

　　对于第一种，子协程在一个CPU上面执行输出hello之后，再轮到主协程中执行输出world。

　　对于第二种，子协程在一个CPU上还没来得及执行，或者说没有执行完成，但是主协程已经执行完成了，此时整个进程就运行完毕了，所以就看不到子协程的运行结果了。

　　对于第三种，主协程中语句还没执行完成的时候，子协程已经运行完毕，几乎同时完成，所以会出现着这种情况。

　　可以参考下面这个图来理解：

创建channel

　　channel的零值是nil

chi := make(chan int)
chs := make(chan string)
chif := make(chan interface{}) 
//因为可以认为所有的类型都实现了空接口
//所以这个chif的chan接收任何类型的chan

发送和接收channel

chi := make(chan int)
chi <- 3	//发送
i := <-chi	//接收，保存值
<-chi		//接收，不保存值

关闭channel

chi := make(chan int)
chi <- 3   //发送
i := <-chi //接收，保存值
<-chi      //接收，不保存值
close(chi) //关闭channel

　　对一个已经关闭的channel发送数据，都会导致panic异常。对于一个已经关闭的channel，可以继续接收这个已关闭的channel中的数据，如果没有数据的话，接收到的就是chan类型的零值。

无缓冲channel（同步channel）

　　一个基于无缓冲的channel：

　　1、发送操作将导致发送者的gorountine阻塞，直到有另外一个goroutine在相同的channel上执行接收操作之后，发送者的阻塞才会解开。

　　2、同理，如果接收者的接收操作先发生，那么接收者因为从channel中接收不到数据，所有接收者goroutine也将阻塞，直到另一个goroutine在相同的channel上执行发送操作，接受者接收到了数据的阻塞才会解开。

　　基于无缓冲的channel的发送和接收操作将导致两个goroutine做一次同步操作，所以也叫作同步channel。

　　向一个无缓冲的channel中发送多次数据，即多个goroutine都向同一个goroutine中发送数据，并且只有一个协程来接收数据，这个时候会后什么问题吗？会发生覆盖？或者是只有第一个发送的值才会保留，后面发送的数据都无效？和有缓冲channel有什么区别？

　　请看下面的示例：

package main
import "fmt"
func main() {
	chi := make(chan int) //无缓冲
	go func() {
		chi <- 10
		chi <- 30
		chi <- 40
	}()
	//	fmt.Println(<-chi)		//10
	//	fmt.Println(<-chi, <-chi) 	//10 30
	//fmt.Println(<-chi, <-chi, <-chi)//10 30 40
	fmt.Println(<-chi, <-chi, <-chi, <-chi) //deadlock
}

　　从上面的例子中可以看到，有一个gorountine向一个无缓冲的channel中发送三个数据，此时，分这几种情况：

　　0、chi还没有来得及向channel中发送数据时，主协程阻塞，子协程可以向其中发送一个数据。

　　1、主协程只从channel中接收一次数据：子协程向chi中发送了一个数据，此时，自协程阻塞，等待chi中的数据被消费之后，才继续运行。那么，主协程接收的第一个数据就是第一次向这个channel中发送的数据10，之后，channel空闲，发送者可以发送第二个数据30，子协程再次阻塞，等待主协程接收数据，但是此时主协程不接受数据，主协程已经执行完成了，那么整个进程就完成了，所以最终只输出10这一个数据。此时子协程也会跟着被结束。

　　2、主协程只从channel中接收两次数据：接着上一步，此时主协程第二次接收数据的话，接收到的是30；之后，chi空闲，子协程再次向chi中发送数据40，然后又阻塞，但是此时主协程已经完成，所以子协程再次被结束。

　　3、主协程从channel中接收三次数据：接着上一步，此时主协程接收到的数据应该是40，之后，chi空闲，子协程也不会像其中发送数据了，同时，子协程也已经运行结束了，所以，主协程中输出10 30 40。

　　4、主协程从channel中接收四次数据：接着上一步，因为chi已经空闲，且子协程已经结束，表示没有协程向chi中发送数据了，但是chi并没有关闭，那么主协程中第四次的接收数据就会一直等待，最终造成死锁。解决这个问题，可以在子协程中发送第三次数据40之后，执行close(chi)，之后，主协程第四次接收数据便不会引起死锁，接收到的数据时0（chi的类型零值）

使用range遍历channel

package main
import (
	"fmt"
)
func main() {
	num := make(chan int)
	go func() {
		num <- 30
		num <- 40
		close(num)
	}()
	for x := range num {
		fmt.Println(x)
	}
	//输出
	//30
	//40
}

　　使用range遍历channel时，从channel中接收数据，如果从channel中获取到了数据，那么返回的结果就是获取到的值；如果channel已经关闭，那么对于无缓冲的channel而言，就没有数据可获取了，但是range的结果是channel的类型零值。

　　需要注意的是，如果使用for range遍历channel的时候，channel没有close，那么会造成死锁。

串联channel

　　下面是一个串联的channel，实现

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func main() {
	num := make(chan int)
	sqrt := make(chan int)
	go func() {
		for x := 0; ; x++ {
			num <- x
			time.Sleep(time.Second)
		}
	}()
	go func() {
		for {
			x := <-num
			sqrt <- x * x
		}
	}()
	for {
		fmt.Println(<-sqrt)
	}
}

　　上面这个代码中，存在问题：如果第一个子协程不再往num中发送数据，那么，第二个子协程就会阻塞，同理，主协程sqrt取数据也会阻塞，最终引发死锁。

　　解决方法：

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func main() {
	num := make(chan int)
	sqrt := make(chan int)
	go func() {
		for x := 0; x < 10; x++ {
			num <- x
			time.Sleep(time.Second)
		}
		//不再向num中发送数据时，关闭channel，防止死锁
		close(num)
	}()
	go func() {
		for x := range num {
			sqrt <- x * x
		}
		//num已经关闭了，所以也要关闭sqrt
		close(sqrt)
	}()
	for x := range sqrt {
		fmt.Println(x)
	}
}

单向channel

　　使用channel作为参数进行通信时，在函数内部，有的channel只接受数据，有的channel只发送数据，这是可以使用单向的channel表示。

　　双向的channel：因为关闭channel操作一般是发送方通知接收方，发送方不再向channel中发送新的数据了，所以通常只有在发送者所在的goroutine才会调用close函数，在接收channel数据的goroutine中关闭channel显然是不合理的，很有可能会引起错误，因为发送数据的goroutine可能不知道channel已经关闭了，所以他一旦向channle中发送数据，就会引发错误。

　　单向channel：只有发送者的goroutine可以调用close函数来关闭单向channel。如果一个goroutine中，对一个只接受的channel调用close函数，或引发编译错误。

　　将双向的channel赋值给单向的channel的时候，将导致隐式转换，但是不能反向转换。

　　声明单向channle　　

chi := make(<-chan int) //只能被读数据的channel
chi := make(chan <- int) //只接收数据的channel

有缓冲的channel

chi := make(chan int)		//无缓冲
chii := make(chan int,10)	//有缓冲channel，缓冲空间可存10个值

　　定义了一个有缓冲的channel之后：

　　在往channel中发数据的时候，只有当channel的缓冲区数量不为0时，数据才能写入，写数据的goroutine才不会阻塞。

　　在从channel中读数据的时候，只有当channel不为空的时候，读channel的goroutine才不会阻塞。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func WriteData(chi chan int) {
	go func() {
		for x := 0; ; x++ {
			chi <- x
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}()
	go func() {
		for x := 0; ; x++ {
			chi <- x
			time.Sleep(time.Second)
		}
	}()
	go func() {
		for x := 0; ; x++ {
			chi <- x
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}()
}
func main() {
	chi := make(chan int, 3)
	WriteData(chi)
	for x := range chi {
		fmt.Println(x)
	}
}

　　此例中，如果写数据时channel已满，那么写数据的goroutine会阻塞。如果读channel时，channel为空，那么读数据的goroutine会阻塞。

并发中的循环

package main

import "fmt"

func loop() {
	for x := 0; x < 10; x++ {
		go func() {
			fmt.Println(x)
		}()
	}
}
func main() {
	loop()
}

　　上面这个代码执行的时候，可能有以下问题：

　　1、没有输出 2、只输出一部分值 3、输出很多相同的值 4、输出的值全相同

　　对于1、2、3的问题，是因为主协程执行速度太快，各个goroutine还没来得及执行，主协程就结束了，于是整个进程就结束了，也就看不到输出了。

　　解决方法：在主协程中加一个休眠，给各个协程时间去执行。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func loop() {
	for x := 0; x < 10; x++ {
		go func() {
			fmt.Println(x)
		}()
	}
}
func main() {
	loop()
	time.Sleep(time.Second)
}

　　对于第四个问题，是因为loop中的循环太快，而各个goroutine太慢，于是所有goroutine在执行前，循环已经完毕，此时i为10，于是全部都打印10了。

　　解决方法：将i作为参数（闭包）

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func loop() {
	for x := 0; x < 10; x++ {
		go func(i int) {
			//i为形参
			fmt.Println(i)
		}(x) //x为实参
	}
}
func main() {
	loop()
	time.Sleep(time.Second)
}

select接收channel

package main

import (
	"fmt"
)

func loop(ch chan int, chi chan int) {
	go func() {
		for {
			ch <- 9
		}
	}()
	go func() {
		for {
			chi <- 8
		}
	}()
}
func main() {
	ch, chi := make(chan int), make(chan int)
	loop(ch, chi)
	select {
	case <-ch:
		fmt.Println("接收到ch中的数据")
	case <-chi:
		fmt.Println("接收到chi中的数据")
	}
}

　　select类似于if else，每一个case表示接收到channel的数据，执行对应的操作。只不过上面这个例子中，只会接收一次，要么接收的是ch，要么是chi，之后就不会再从channel中读数据了。

　　如果要一直等待接收多个channel，即，要接收多个channel中的数据，可以使用for + select即可：

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func loop(ch chan int, chi chan int) {
	go func() {
		for {
			ch <- 9
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}()
	go func() {
		for {
			chi <- 8
			time.Sleep(3 * time.Second)
		}
	}()
}
func main() {
	ch, chi := make(chan int), make(chan int)
	loop(ch, chi)
	for {
		select {
		case <-ch:
			fmt.Println("接收到ch中的数据")
		case <-chi:
			fmt.Println("接收到chi中的数据")
		}
	}
}

并发的退出　

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	exit := make(chan bool)
	for x := 1; x < 5; x++ {
		go func(i int) {
			for {
				select {
				case <-exit:
					fmt.Println("第", i, "个goroutine结束运行")
					return
				default:
					fmt.Println("第", i, "个goroutine正在运行")
				}
				time.Sleep(time.Second)
			}
		}(x)
	}
	time.Sleep(time.Second * 5)  //各个goroutine运行
	close(exit)  //广播结束消息
	time.Sleep(time.Second * 1)  //等待各个goroutine打印结束信息
}

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