深入理解 Golang Channel
channel 是 Go 語言中的一個非常重要的特性，這篇文章來深入了解一下 channel。
1. CSP
要想理解 channel 要先知道 CSP 模型。CSP 是 Communicating Sequential Process 的簡稱，中文可以叫做通信順序進程，是一種并發編程模型，由 Tony Hoare 于 1977 年提出。簡單來說，CSP 模型由并發執行的實體（線程或者進程）所組成，實體之間通過發送消息進行通信，這里發送消息時使用的就是通道，或者叫 channel。CSP 模型的關鍵是關注 channel，而不關注發送消息的實體。Go 語言實現了 CSP 部分理論，goroutine 對應 CSP 中并發執行的實體，channel 也就對應著 CSP 中的 channel。
2. channel 基礎知識
2.1 創建 channel
channel 使用之前需要通過 make 創建。
unBufferChan := make(chan int) // 1
bufferChan := make(chan int, N) // 2
上面的方式 1 創建的是無緩沖 channel，方式 2 創建的是緩沖 channel。如果使用 channel 之前沒有 make，會出現 dead lock 錯誤。至于為什么是 dead lock，下文我們從源碼里面看看。
func main() {
var x chan int
go func() {
x <- 1
}()
<-x
}
$ go run channel1.go
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan receive (nil chan)]:
main.main()
/Users/kltao/code/go/examples/channl/channel1.go:11 +0x60
goroutine 4 [chan send (nil chan)]:
main.main.func1(0x0)
2.2 channel 讀寫操作
ch := make(chan int, 10)
// 讀操作
x <- ch
// 寫操作
ch <- x
2.3 channel 種類
channel 分為無緩沖 channel 和有緩沖 channel。兩者的區別如下：
-
無緩沖：發送和接收動作是同時發生的。如果沒有 goroutine 讀取 channel （<- channel），則發送者 (channel <-) 會一直阻塞。
-
緩沖：緩沖 channel 類似一個有容量的隊列。當隊列滿的時候發送者會阻塞；當隊列空的時候接收者會阻塞。
2.4 關閉 channel
channel 可以通過 built-in 函數 close() 來關閉。
ch := make(chan int)
// 關閉
close(ch)
關于關閉 channel 有幾點需要注意的是：
- 重復關閉 channel 會導致 panic。
- 向關閉的 channel 發送數據會 panic。
- 從關閉的 channel 讀數據不會 panic，但是讀出的數據是 channel 類似的默認值，比如 chan int 類型的 channel 關閉之后讀取到的值為 0。
對于上面的第三點，我們需要區分一下：channel 中的值是默認值還是 channel 關閉了。可以使用 ok-idiom 方式，這種方式在 map 中比較常用。
ch := make(chan int, 10)
...
close(ch)
// ok-idiom
val, ok := <-ch
if ok == false {
// channel closed
}
3. channel 的典型用法
1. goroutine 通信
func main() {
x := make(chan int)
go func() {
x <- 1
}()
<-x
}
2. select
select 一定程度上可以類比于 linux 中的 IO 多路復用中的 select。后者相當于提供了對多個 IO 事件的統一管理，而 Golang 中的 select 相當于提供了對多個 channel 的統一管理。當然這只是 select 在 channel 上的一種使用方法。
select {
case e, ok := <-ch1:
...
case e, ok := <-ch2:
...
default:
}
值得注意的是 select 中的 break 只能跳到 select 這一層。select 使用的時候一般配合 for 循環使用，像下面這樣，因為正常 select 里面的流程也就執行一遍。這么來看 select 中的 break 就稍顯雞肋了。所以使用 break 的時候一般配置 label 使用，label 定義在 for 循環這一層。
for {
select {
...
}
}
3. range channel
range channel 可以直接取到 channel 中的值。當我們使用 range 來操作 channel 的時候，一旦 channel 關閉，循環自動結束。
func consumer(ch chan int) {
for x := range ch {
fmt.Println(x)
...
}
}
func producer(ch chan int) {
for _, v := range values {
ch <- v
}
}
4. 超時控制
在很多操作情況下都需要超時控制，利用 select 實現超時控制，下面是一個簡單的示例。
select {
case <- ch:
// get data from ch
case <- time.After(2 * time.Second)
// read data from ch timeout
}
類似的，上面的 time.After 可以換成其他的任何異常控制流。
5. 生產者-消費者模型
利用緩沖 channel 可以很輕松的實現生產者-消費者模型。上面的 range 示例其實就是一個簡單的生產者-消費者模型實現。
4. 單向 channel
單向 channel，顧名思義只能寫或讀的 channel。但是仔細一想，只能寫的 channel，如果不讀其中的值有什么用呢？其實單向 channel 主要用在函數聲明中。比如。
func foo(ch chan<- int) <-chan int {...}
foo 的形參是一個只能寫的 channel，那么就表示函數 foo 只會對 ch 進行寫，當然你傳入的參數可以是個普通 channel。foo 的返回值是一個只能讀的 channel，那么表示 foo 的返回值規范用法就是只能讀取。這種寫法在 Golang 的原生代碼庫中有非常多的示例，感興趣的可以去看一下。
// Done returns a channel which is closed if and when this pipe is closed
// with CloseWithError.
func (p *http2pipe) Done() <-chan struct{} {
p.mu.Lock()
defer p.mu.Unlock()
if p.donec == nil {
p.donec = make(chan struct{})
if p.err != nil || p.breakErr != nil {
p.closeDoneLocked()
}
}
return p.donec
}
也許你會說這么寫在功能上和使用普通的 channel 并不會有什么差別。確實是這樣的。但是使用單向 channel 編程體現了一種非常優秀的編程范式： convention over configuration ，中文一般叫做 約定優于配置 。這種編程范式在 Ruby 中體現的尤為明顯。
5. 總結
Golang 的 channel 將 goroutine 隔離開，并發編程的時候可以將注意力放在 channel 上。在一定程度上，這個和消息隊列的解耦功能還是挺像的。上面主要還是介紹了一些 channel 的常規操作，還有一些奇淫技巧放在參考資料里了。之后的一篇文章還是來看看 channel 的源碼吧，對于更深入地理解 channel 還是挺有用的。
6. 參考
來自：http://legendtkl.com/2017/07/30/understanding-golang-channel/