golang channel 使用总结

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.

// ok is false when ch is closed
v, ok := <-ch

内部实现

• 读等待协程队列 recvq，维护了阻塞在读此 channel 的协程列表
• 写等待协程队列 sendq，维护了阻塞在写此 channel 的协程列表
• 缓冲数据队列 buf，用环形队列实现，不带缓冲的 channel 此队列 size 则为 0

1. 当 buf 非空时，此时 recvq 必为空，buf 弹出一个元素给读协程，读协程获得数据后继续执行，此时若 sendq 非空，则从 sendq 中弹出一个写协程转入 running 状态，待写数据入队列 buf ，此时读取操作 <- ch 未阻塞；
2. 当 buf 为空但 sendq 非空时（不带缓冲的 channel)，则从 sendq 中弹出一个写协程转入 running 状态，待写数据直接传递给读协程，读协程继续执行，此时读取操作 <- ch 未阻塞；
3. 当 buf 为空并且 sendq 也为空时，读协程入队列 recvq 并转入 blocking 状态，当后续有其他协程往 channel 写数据时，读协程才会重新转入 running 状态，此时读取操作 <- ch 阻塞。

1. 当队列 recvq 非空时，此时队列 buf 必为空，从 recvq 弹出一个读协程接收待写数据，此读协程此时结束阻塞并转入 running 状态，写协程继续执行，此时写入操作 ch <- 未阻塞；
2. 当队列 recvq 为空但 buf 未满时，此时 sendq 必为空，写协程的待写数据入 buf 然后继续执行，此时写入操作 ch <- 未阻塞；
3. 当队列 recvq 为空并且 buf 为满时，此时写协程入队列 sendq 并转入 blokcing 状态，当后续有其他协程从 channel 中读数据时，写协程才会重新转入 running 状态，此时写入操作 ch <- 阻塞。

1. 当队列 recvq 非空时，此时 buf 必为空，recvq 中的所有协程都将收到对应类型的零值然后结束阻塞状态；
2. 当队列 sendq 非空时，此时 buf 必为满，sendq 中的所有协程都会产生 panic ，在 buf 中数据仍然会保留直到被其他协程读取。

使用场景

futures / promises

package main

import (
    "io/ioutil"
    "log"
    "net/http"
)

// RequestFuture, http request promise.
func RequestFuture(url string) <-chan []byte {
    c := make(chan []byte, 1)
    go func() {
        var body []byte
        defer func() {
            c <- body
        }()

        res, err := http.Get(url)
        if err != nil {
            return
        }
        defer res.Body.Close()

        body, _ = ioutil.ReadAll(res.Body)
    }()

    return c
}

func main() {
    future := RequestFuture("https://api.github.com/users/octocat/orgs")
    body := <-future
    log.Printf("reponse length: %d", len(body))
}

条件变量 (condition variable)

一对一通知

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ch := make(chan struct{})
    nums := make([]int, 100)

    go func() {
        time.Sleep(time.Second)
        for i := 0; i < len(nums); i++ {
            nums[i] = i
        }
        // send a finish signal
        ch <- struct{}{}
    }()

    // wait for finish signal
    <-ch
    fmt.Println(nums)
}

广播通知

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    N := 10
    exit := make(chan struct{})
    done := make(chan struct{}, N)

    // start N worker goroutines
    for i := 0; i < N; i++ {
        go func(n int) {
            for {
                select {
                // wait for exit signal
                case <-exit:
                    fmt.Printf("worker goroutine #%d exit\n", n)
                    done <- struct{}{}
                    return
                case <-time.After(time.Second):
                    fmt.Printf("worker goroutine #%d is working...\n", n)
                }
            }
        }(i)
    }

    time.Sleep(3 * time.Second)
    // broadcast exit signal
    close(exit)
    // wait for all worker goroutines exit
    for i := 0; i < N; i++ {
        <-done
    }
    fmt.Println("main goroutine exit")
}

信号量

package main

import (
    "log"
    "math/rand"
    "time"
)

type Seat int
type Bar chan Seat

func (bar Bar) ServeConsumer(customerId int) {
    log.Print("-> consumer#", customerId, " enters the bar")
    seat := <-bar // need a seat to drink
    log.Print("consumer#", customerId, " drinks at seat#", seat)
    time.Sleep(time.Second * time.Duration(2+rand.Intn(6)))
    log.Print("<- consumer#", customerId, " frees seat#", seat)
    bar <- seat // free the seat and leave the bar
}

func main() {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())

    bar24x7 := make(Bar, 10) // the bar has 10 seats
    // Place seats in an bar.
    for seatId := 0; seatId < cap(bar24x7); seatId++ {
        bar24x7 <- Seat(seatId) // none of the sends will block
    }

    // a new consumer try to enter the bar for each second
    for customerId := 0; ; customerId++ {
        time.Sleep(time.Second)
        go bar24x7.ServeConsumer(customerId)
    }
}

互斥量

互斥量相当于二元信号里，所以 cap 为 1 的 channel 可以当成互斥量使用：

package main

import "fmt"

func main() {
    mutex := make(chan struct{}, 1) // the capacity must be one

    counter := 0
    increase := func() {
        mutex <- struct{}{} // lock
        counter++
        <-mutex // unlock
    }

    increase1000 := func(done chan<- struct{}) {
        for i := 0; i < 1000; i++ {
            increase()
        }
        done <- struct{}{}
    }

    done := make(chan struct{})
    go increase1000(done)
    <-done; <-done
    fmt.Println(counter) // 2000
}

关闭 channel

func isClosed(ch chan int) bool {
    select {
    case <-ch:
        return true
    default:
    }
    return false
}

• 不要在读取端关闭 channel ，因为写入端无法知道 channel 是否已经关闭，往已关闭的 channel 写数据会 panic ；
• 有多个写入端时，不要再写入端关闭 channle ，因为其他写入端无法知道 channel 是否已经关闭，关闭已经关闭的 channel 会发生 panic ；
• 如果只有一个写入端，可以在这个写入端放心关闭 channel 。

一写多读

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    wg := &sync.WaitGroup{}
    ch := make(chan int, 100)

    send := func() {
        for i := 0; i < 100; i++ {
            ch <- i
        }
        // signal sending finish
        close(ch)
    }

    recv := func(id int) {
        defer wg.Done()
        for i := range ch {
            fmt.Printf("receiver #%d get %d\n", id, i)
        }
        fmt.Printf("receiver #%d exit\n", id)
    }

    wg.Add(3)
    go recv(0)
    go recv(1)
    go recv(2)
    send()

    wg.Wait()
}

多写一读

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    wg := &sync.WaitGroup{}
    ch := make(chan int, 100)
    done := make(chan struct{})

    send := func(id int) {
        defer wg.Done()
        for i := 0; ; i++ {
            select {
            case <-done:
                // get exit signal
                fmt.Printf("sender #%d exit\n", id)
                return
            case ch <- id*1000 + i:
            }
        }
    }

    recv := func() {
        count := 0
        for i := range ch {
            fmt.Printf("receiver get %d\n", i)
            count++
            if count >= 1000 {
                // signal recving finish
                close(done)
                return
            }
        }
    }

    wg.Add(3)
    go send(0)
    go send(1)
    go send(2)
    recv()

    wg.Wait()
}

多写多读

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    wg := &sync.WaitGroup{}
    ch := make(chan int, 100)
    done := make(chan struct{})

    send := func(id int) {
        defer wg.Done()
        for i := 0; ; i++ {
            select {
            case <-done:
                // get exit signal
                fmt.Printf("sender #%d exit\n", id)
                return
            case ch <- id*1000 + i:
            }
        }
    }

    recv := func(id int) {
        defer wg.Done()
        for {
            select {
            case <-done:
                // get exit signal
                fmt.Printf("receiver #%d exit\n", id)
                return
            case i := <-ch:
                fmt.Printf("receiver #%d get %d\n", id, i)
                time.Sleep(time.Millisecond)
            }
        }
    }

    wg.Add(6)
    go send(0)
    go send(1)
    go send(2)
    go recv(0)
    go recv(1)
    go recv(2)

    time.Sleep(time.Second)
    // signal finish
    close(done)
    // wait all sender and receiver exit
    wg.Wait()
}

总结