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「一闻秒懂」你了解goroutine和channel吗?

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背景介绍

大家都知道进程是操作系统资源分配的基本单位,有独立的内存空间,线程可以共享同一个进程的内存空间,所以线程相对轻量,上下文切换开销也小。虽然线程已经比较轻量了,但还是占近1M的内存,而今天介绍的有“轻量级线程”之称的Goroutine,可以小至几十K甚至几K,切换的开销更小。

除此之外,在传统Socket编程时,需要维护一个线程池来为每个Socket收发包分配线程,而且需要将CPU与线程数建立对应关系,确保每个任务都能被及时分配给CPU,而Go程序可以智能地将goroutine中的任务分配到CPU。

如何使用

我们现在假设一个场景,你是一家公司老总,每天要花两小时处理邮件,六小时开会,那么,程序可以这样编写。

func main() {

	time.Sleep(time.Hour * 2) //处理邮件
	time.Sleep(time.Hour * 6) //开会

	fmt.Println("工作完成了")
}
复制代码

运行一下

file

果然,要8小时才能完成工作,那么怎么简化工作呢?没错,请一个助理小姐姐帮忙,就让她来处理邮件,这样你就只需6小时开会就行了。

file

开始写代码吧,先来定义一个助理函数。

func assistant() {
	time.Sleep(time.Hour * 2)
}
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然后在主函数用一条神器的命令go调用它,这样助理的耗时久不再占用你的时间了。

func main() {

	go assistant()

	time.Sleep(time.Hour * 6) //开会

	fmt.Println("工作完成了")
}
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运行一下

file

真的只花了六个小时就完成工作了。各位看官们,看到没,这就是协程,只需要go命令加上函数名,就这么简单。

file

但是我知道勤奋的你是不会满足于现状的。

匿名函数

另外,既然goroutine支持普通函数,当然也就支持匿名函数。

go func() {
  time.Sleep(time.Hour * 2)
}()
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协程间如何通讯

虽然我们可以轻松地创建一堆协程,但是不能通信的协程是没有灵魂的。假如助理正在帮你处理邮件时,你突然想请她喝奶茶,那是不是要通知她?

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那怎么通知呢?这就引出了大名鼎鼎的channel,汉译“通道”,顾名思义它的作用就是在协程之间建立通道,一端可以将数据源源不断地传送到通道的另一端。

file

而声明方式也非常简单,只需要make一下。拿下方代码为例,它代表初始化一个通道类型变量,并且通道里只能存放string类型的数据。

ch := make(chan string)
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初始化完成后,要想与协程函数建立连接,得先把chan变量传给协程函数。

go assistant(ch)
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当然,协程函数要能接收chan才行,我们纵深到函数内部,看看都干了些什么。

func assistant(ch chan string) {

	go func() {
		for {
			fmt.Println("看了一封邮件")
			time.Sleep(time.Second * 1)
		}
	}()

	msg := <-ch
	if msg == "喝奶茶去呗" {
		ch <- "好啊"
	}
}
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函数内部又起了一个协程专门处理邮件,同时另外一边等待老板通知。细心的你应该看出如何取通道数据了,没错,只需要在通道变量前加上<-符号就可以将值取出,同样的,符号加在后面就是往通道塞数据。

ch <- "pingyeaa"
<- ch
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file

如果通道没有数据,消费端就会一直阻塞,直到有数据为止。当然编译器是很聪明的,在编译的时候如果发现没有地方往通道里塞数据,它就会panic,提示死锁。

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
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继续来看代码,大致意思就是老板如果发“喝奶茶去呗”,就返回“好啊”,因为通道里一开始是没数据的,所以该协程会一直阻塞,直到主函数往通道中写入了消息。

现在来看下主函数的实现逻辑,声明通道和传入通道变量就不再赘述了,我们只需要等待5秒钟之后往通道里写入喝奶茶消息即可。因为刚才assistant协程接收到消息后会往ch写入“好啊”消息,所以主函数在发完请求之后应该再读取从助理那边传递来的消息。

ch := make(chan string)

go assistant(ch)

time.Sleep(time.Second * 5)
ch <- "喝奶茶去呗"

resp := <-ch
fmt.Println(resp)
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同样,主函数的<-ch也会一直阻塞,直到助理回复消息。另外有两点需要注意,第一,如果main函数赶在goroutine之前执行完毕,那么goroutine也会销毁;第二,main也是goroutine。

最后,关闭通道,其实通道关闭不是必须的,它与文件不同,如果没有goroutine使用到channel,就会自动销毁,而close的作用是用来通知通道的另一端不再发送消息了,另一端可以通过<-ch的第二个参数来获取通道关闭情况。

close(ch)

data, ok := <-ch
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通道的多路复用select

刚才的示例中的<-ch只能读取通道的一条消息,如果通道里不止一条消息,该怎么读取呢?

file

应该很多同学跟我一样想到的是遍历,没错,遍历确实可以拿到通道数据。

for {
  fmt.Println(<-ch)
}
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也可以这么遍历。

for d := range ch {
  fmt.Println(d)
}
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但是,如果需要同时接收多个通道数据该怎么办?循环中接收两个通道变量?

for {
  data, ok := <-ch1
  data, ok := <-ch2
}
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这种方式虽然可以取出数据,但是性能较差,官方给我们提供的select关键词就是专门用来解决多通道数据读取问题的,语法与switch非常相似。select会将多个通道传来的数据分发到不同的处理逻辑中。

func main() {

	ch1 := make(chan int)
	ch2 := make(chan int)

	go func() {
		for {
			select {
			case d := <-ch1:
				fmt.Println("ch1", d)
			case d := <-ch2:
				fmt.Println("ch2", d)
			}
		}
	}()

	ch1 <- 1
	ch1 <- 2
	ch2 <- 2
	ch1 <- 3
}
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模拟超时

除此之外,有些情况下我们不希望通道阻塞太久,假设5秒钟还取不出通道的数据,就超时退出,那我们可以使用time.After方法来实现。time.After会返回一个通道类型,它的作用是传入一个目标时间(比如5s),我们在5秒后就可以通过通道获取预设置的超时通知,这样就达到了定时器的目的。

func main() {

	ch1 := make(chan int)
	ch2 := make(chan int)

	go func() {
		for {
			select {
			case d := <-ch1:
				fmt.Println("ch1", d)
			case d := <-ch2:
				fmt.Println("ch2", d)
			case <-time.After(time.Second * 5):
				fmt.Println("接收超时")
			}
		}
	}()

	time.Sleep(time.Second * 6)
}
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通道关闭延伸阅读

已关闭的通道再发送数据会触发panic

ch := make(chan int)
close(ch)
ch <- 1
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panic: send on closed channel
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通道设置长度

可以通过make方法设置通道长度,作为缓冲区,通道满时生产者端会阻塞,通道取空后消费端会阻塞。

ch := make(chan int, 3)

ch <- 1
ch <- 2
ch <- 2
ch <- 2

fmt.Println(len(ch))
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已关闭的通道依然可以读取数据

ch := make(chan int, 3)

ch <- 1
ch <- 2
ch <- 2

close(ch)

for d := range ch {
  fmt.Println(d)
}
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