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創(chuàng)新互聯(lián)GO教程:Go語言通道（chan）——goroutine之間通信的管道

如果說 goroutine 是 Go語言程序的并發(fā)體的話，那么 channels 就是它們之間的通信機制。一個 channels 是一個通信機制，它可以讓一個 goroutine 通過它給另一個 goroutine 發(fā)送值信息。每個 channel 都有一個特殊的類型，也就是 channels 可發(fā)送數(shù)據(jù)的類型。一個可以發(fā)送 int 類型數(shù)據(jù)的 channel 一般寫為 chan int。

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Go語言提倡使用通信的方法代替共享內存，當一個資源需要在 goroutine 之間共享時，通道在 goroutine 之間架起了一個管道，并提供了確保同步交換數(shù)據(jù)的機制。聲明通道時，需要指定將要被共享的數(shù)據(jù)的類型?？梢酝ㄟ^通道共享內置類型、命名類型、結構類型和引用類型的值或者指針。

這里通信的方法就是使用通道（channel），如下圖所示。

圖：goroutine 與 channel 的通信

在地鐵站、食堂、洗手間等公共場所人很多的情況下，大家養(yǎng)成了排隊的習慣，目的也是避免擁擠、插隊導致的低效的資源使用和交換過程。代碼與數(shù)據(jù)也是如此，多個 goroutine 為了爭搶數(shù)據(jù)，勢必造成執(zhí)行的低效率，使用隊列的方式是最高效的，channel 就是一種隊列一樣的結構。

通道的特性

Go語言中的通道（channel）是一種特殊的類型。在任何時候，同時只能有一個 goroutine 訪問通道進行發(fā)送和獲取數(shù)據(jù)。goroutine 間通過通道就可以通信。

通道像一個傳送帶或者隊列，總是遵循先入先出（First In First Out）的規(guī)則，保證收發(fā)數(shù)據(jù)的順序。

聲明通道類型

通道本身需要一個類型進行修飾，就像切片類型需要標識元素類型。通道的元素類型就是在其內部傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型，聲明如下：

var 通道變量 chan 通道類型

通道類型：通道內的數(shù)據(jù)類型。
通道變量：保存通道的變量。

chan 類型的空值是 nil，聲明后需要配合 make 后才能使用。

創(chuàng)建通道

通道是引用類型，需要使用 make 進行創(chuàng)建，格式如下：

通道實例 := make(chan 數(shù)據(jù)類型)

數(shù)據(jù)類型：通道內傳輸?shù)脑仡愋汀?/li>
通道實例：通過make創(chuàng)建的通道句柄。

請看下面的例子：

ch1 := make(chan int)                 // 創(chuàng)建一個整型類型的通道
ch2 := make(chan interface{})         // 創(chuàng)建一個空接口類型的通道, 可以存放任意格式

type Equip struct{ /* 一些字段 */ }
ch2 := make(chan *Equip)             // 創(chuàng)建Equip指針類型的通道, 可以存放*Equip

使用通道發(fā)送數(shù)據(jù)

通道創(chuàng)建后，就可以使用通道進行發(fā)送和接收操作。

1) 通道發(fā)送數(shù)據(jù)的格式

通道的發(fā)送使用特殊的操作符
<-，將數(shù)據(jù)通過通道發(fā)送的格式為：

通道變量 <- 值

通道變量：通過make創(chuàng)建好的通道實例。
值：可以是變量、常量、表達式或者函數(shù)返回值等。值的類型必須與ch通道的元素類型一致。

2) 通過通道發(fā)送數(shù)據(jù)的例子

使用 make 創(chuàng)建一個通道后，就可以使用
<-向通道發(fā)送數(shù)據(jù)，代碼如下：

// 創(chuàng)建一個空接口通道
ch := make(chan interface{})
// 將0放入通道中
ch <- 0
// 將hello字符串放入通道中
ch <- "hello"

3) 發(fā)送將持續(xù)阻塞直到數(shù)據(jù)被接收

把數(shù)據(jù)往通道中發(fā)送時，如果接收方一直都沒有接收，那么發(fā)送操作將持續(xù)阻塞。Go 程序運行時能智能地發(fā)現(xiàn)一些永遠無法發(fā)送成功的語句并做出提示，代碼如下：

package main

func main() {
    // 創(chuàng)建一個整型通道
    ch := make(chan int)

    // 嘗試將0通過通道發(fā)送
    ch <- 0
}

運行代碼，報錯：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

報錯的意思是：運行時發(fā)現(xiàn)所有的 goroutine（包括main）都處于等待 goroutine。也就是說所有 goroutine 中的 channel 并沒有形成發(fā)送和接收對應的代碼。

使用通道接收數(shù)據(jù)

通道接收同樣使用
<-操作符，通道接收有如下特性：

① 通道的收發(fā)操作在不同的兩個 goroutine 間進行。

由于通道的數(shù)據(jù)在沒有接收方處理時，數(shù)據(jù)發(fā)送方會持續(xù)阻塞，因此通道的接收必定在另外一個 goroutine 中進行。

② 接收將持續(xù)阻塞直到發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)。

如果接收方接收時，通道中沒有發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方也會發(fā)生阻塞，直到發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)為止。

③ 每次接收一個元素。

通道一次只能接收一個數(shù)據(jù)元素。

通道的數(shù)據(jù)接收一共有以下 4 種寫法。

1) 阻塞接收數(shù)據(jù)

阻塞模式接收數(shù)據(jù)時，將接收變量作為
<-操作符的左值，格式如下：

data := <-ch

執(zhí)行該語句時將會阻塞，直到接收到數(shù)據(jù)并賦值給 data 變量。

2) 非阻塞接收數(shù)據(jù)

使用非阻塞方式從通道接收數(shù)據(jù)時，語句不會發(fā)生阻塞，格式如下：

data, ok := <-ch

data：表示接收到的數(shù)據(jù)。未接收到數(shù)據(jù)時，data 為通道類型的零值。
ok：表示是否接收到數(shù)據(jù)。

非阻塞的通道接收方法可能造成高的 CPU 占用，因此使用非常少。如果需要實現(xiàn)接收超時檢測，可以配合 select 和計時器 channel 進行，可以參見后面的內容。

3) 接收任意數(shù)據(jù)，忽略接收的數(shù)據(jù)

阻塞接收數(shù)據(jù)后，忽略從通道返回的數(shù)據(jù)，格式如下：

<-ch

執(zhí)行該語句時將會發(fā)生阻塞，直到接收到數(shù)據(jù)，但接收到的數(shù)據(jù)會被忽略。這個方式實際上只是通過通道在 goroutine 間阻塞收發(fā)實現(xiàn)并發(fā)同步。

使用通道做并發(fā)同步的寫法，可以參考下面的例子：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {

    // 構建一個通道
    ch := make(chan int)

    // 開啟一個并發(fā)匿名函數(shù)
    go func() {

        fmt.Println("start goroutine")

        // 通過通道通知main的goroutine
        ch <- 0

        fmt.Println("exit goroutine")

    }()

    fmt.Println("wait goroutine")

    // 等待匿名goroutine
    <-ch

    fmt.Println("all done")

}

執(zhí)行代碼，輸出如下：

wait goroutine
start goroutine
exit goroutine
all done

代碼說明如下：

第 10 行，構建一個同步用的通道。
第 13 行，開啟一個匿名函數(shù)的并發(fā)。
第 18 行，匿名 goroutine 即將結束時，通過通道通知 main 的 goroutine，這一句會一直阻塞直到 main 的 goroutine 接收為止。
第 27 行，開啟 goroutine 后，馬上通過通道等待匿名 goroutine 結束。

4) 循環(huán)接收

通道的數(shù)據(jù)接收可以借用 for range 語句進行多個元素的接收操作，格式如下：

for data := range ch {

}

通道 ch 是可以進行遍歷的，遍歷的結果就是接收到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型就是通道的數(shù)據(jù)類型。通過 for 遍歷獲得的變量只有一個，即上面例子中的 data。

遍歷通道數(shù)據(jù)的例子請參考下面的代碼。

使用 for 從通道中接收數(shù)據(jù)：

package main

import (
    "fmt"

    "time"
)

func main() {

    // 構建一個通道
    ch := make(chan int)

    // 開啟一個并發(fā)匿名函數(shù)
    go func() {

        // 從3循環(huán)到0
        for i := 3; i >= 0; i-- {

            // 發(fā)送3到0之間的數(shù)值
            ch <- i

            // 每次發(fā)送完時等待
            time.Sleep(time.Second)
        }

    }()

    // 遍歷接收通道數(shù)據(jù)
    for data := range ch {

        // 打印通道數(shù)據(jù)
        fmt.Println(data)

        // 當遇到數(shù)據(jù)0時, 退出接收循環(huán)
        if data == 0 {
                break
        }
    }

}