Channel

1. 概述

“网络，并发”是Go语言的两大feature。Go语言号称“互联网的C语言”，与使用传统的C语言相比，写一个Server所使用的代码更少，也更简单。写一个Server除了网络，另外就是并发，相对python等其它语言，Go对并发支持使得它有更好的性能。

Goroutine和channel是Go在“并发”方面两个核心feature。

Channel是goroutine之间进行通信的一种方式，它与Unix中的管道类似。

Channel声明：

ChannelType = ( "chan" | "chan" "<-" | "<-" "chan" ) ElementType .

例如：

var ch chan int var ch1 chan<- int //ch1只能写 var ch2 <-chan int //ch2只能读

channel是类型相关的，也就是一个channel只能传递一种类型。例如，上面的ch只能传递int。

在go语言中，有4种引用类型：slice，map，channel，interface。

Slice，map，channel一般都通过make进行初始化：

ci := make(chan int) // unbuffered channel of integers cj := make(chan int, 0) // unbuffered channel of integers cs := make(chan *os.File, 100) // buffered channel of pointers to Files

创建channel时可以提供一个可选的整型参数，用于设置该channel的缓冲区大小。该值缺省为0，用来构建默认的“无缓冲channel”，也称为“同步channel”。

Channel作为goroutine间的一种通信机制，与操作系统的其它通信机制类似，一般有两个目的：同步，或者传递消息。

2. 同步

c := make(chan int)  // Allocate a channel.

// Start the sort in a goroutine; when it completes, signal on the channel.

go func() {

    list.Sort()

    c <- 1  // Send a signal; value does not matter.

}()

doSomethingForAWhile()

<-c   // Wait for sort to finish; discard sent value.

上面的示例中，在子goroutine中进行排序操作，主goroutine可以做一些别的事情，然后等待子goroutine完成排序。

接收方会一直阻塞直到有数据到来。如果channel是无缓冲的，发送方会一直阻塞直到接收方将数据取出。如果channel带有缓冲区，发送方会一直阻塞直到数据被拷贝到缓冲区；如果缓冲区已满，则发送方只能在接收方取走数据后才能从阻塞状态恢复。

3. 消息传递

我们来模拟一下经典的生产者－消费者模型。

func Producer (queue chan<- int){

        for i:= 0; i < 10; i++ {

                queue <- i

        }

}

 

func Consumer( queue <-chan int){

        for i :=0; i < 10; i++{

                v := <- queue

                fmt.Println("receive:", v)

        }

}

 

func main(){

        queue := make(chan int, 1)

        go Producer(queue)

        go Consumer(queue)

        time.Sleep(1e9) //让Producer与Consumer完成

}

上面的示例在Producer中生成数据，在Consumer中处理数据。

4. Server编程模型

在server编程，一种常用的模型：主线程接收请求，然后将请求分发给工作线程，工作线程完成请求处理。用go来实现，如下：

func handle(r *Request) {

    process(r)  // May take a long time.

}

 

func Serve(queue chan *Request) {

    for {

        req := <-queue

        go handle(req)  // Don't wait for handle to finish.

    }

}

一般来说，server的处理能力不是无限的，所以，有必要限制线程（或者goroutine）的数量。在C/C++编程中，我们一般通过信号量来实现，在go中，我们可以通过channel达到同样的效果：

var sem = make(chan int, MaxOutstanding)

 

func handle(r *Request) {

    sem <- 1    // Wait for active queue to drain.

    process(r)  // May take a long time.

    <-sem       // Done; enable next request to run.

}

 

func Serve(queue chan *Request) {

    for {

        req := <-queue

        go handle(req)  // Don't wait for handle to finish.

    }

}

我们通过引入sem channel，限制了同时最多只有MaxOutstanding个goroutine运行。但是，上面的做法，只是限制了运行的goroutine的数量，并没有限制goroutine的生成数量。如果请求到来的速度过快，会导致产生大量的goroutine，这会导致系统资源消耗完全。

为此，我们有必要限制goroutine的创建数量：

func Serve(queue chan *Request) {

    for req := range queue {

        sem <- 1

        go func() {

            process(req) // Buggy; see explanation below.

            <-sem

        }()

    }

}

上面的代码看似简单清晰，但在go中，却有一个问题。Go语言中的循环变量每次迭代中是重用的，更直接的说就是req在所有的子goroutine中是共享的，从变量的作用域角度来说，变量req对于所有的goroutine，是全局的。

这个问题属于语言实现的范畴，在C语言中，你不应该将一个局部变量传递给另外一个线程去处理。有很多解决方法，这里有一个讨论。从个人角度来说，我更倾向下面这种方式：

func Serve(queue chan *Request) {

    for req := range queue {

        sem <- 1

        go func(r *Request) {

            process(r)

            <-sem

        }(req)

    }

}

至少，这样的代码不会让一个go的初学者不会迷糊，另外，从变量的作用域角度，也更符合常理一些。

在实际的C/C++编程中，我们倾向于工作线程在一开始就创建好，而且线程的数量也是固定的。在go中，我们也可以这样做：

func handle(queue chan *Request) {

    for r := range queue {

        process(r)

    }

}

 

func Serve(clientRequests chan *Request, quit chan bool) {

    // Start handlers

    for i := 0; i < MaxOutstanding; i++ {

        go handle(clientRequests)

    }

    <-quit  // Wait to be told to exit.

}

开始就启动固定数量的handle goroutine，每个goroutine都直接从channel中读取请求。这种写法比较简单，但是不知道有没有“惊群”问题？有待后续分析goroutine的实现。

5. 传递channel的channel

channel作为go语言的一种原生类型，自然可以通过channel进行传递。通过channel传递channel，可以非常简单优美的解决一些实际中的问题。

在上一节中，我们主goroutine通过channel将请求传递给工作goroutine。同样，我们也可以通过channel将处理结果返回给主goroutine。

主goroutine：

type Request struct {

    args        []int

    resultChan  chan int

}

 

request := &Request{[]int{3, 4, 5}, make(chan int)}

// Send request

clientRequests <- request

// Wait for response.

fmt.Printf("answer: %dn", <-request.resultChan)

主goroutine将请求发给request channel，然后等待result channel。子goroutine完成处理后，将结果写到result channel。

func handle(queue chan *Request) {

    for req := range queue {

 result := do_something()

        req.resultChan <- result

    }

}

6. 多个channel

在实际编程中，经常会遇到在一个goroutine中处理多个channel的情况。我们不可能阻塞在两个channel，这时就该select场了。与C语言中的select可以监控多个fd一样，go语言中select可以等待多个channel。

 c1 := make(chan string)

    c2 := make(chan string)

 

    go func() {

        time.Sleep(time.Second * 1)

        c1 <- "one"

    }()

    go func() {

        time.Sleep(time.Second * 2)

        c2 <- "two"

    }()

 

    for i := 0; i < 2; i++ {

        select {

        case msg1 := <-c1:

            fmt.Println("received", msg1)

        case msg2 := <-c2:

            fmt.Println("received", msg2)

        }

    }

在C中，我们一般都会传一个超时时间给select函数，go语言中的select没有该参数，相当于超时时间为0。

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