Go Channel最佳實務之基本規則

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channel[通道]是golang的一種重要特性，正是因為channel的存在才使得golang不同於其它語言。channel使得並發編程變得簡單容易有趣。

channel的概念和文法

一個channel可以理解為一個先進先出的訊息佇列。channel用來在協程[goroutine]之前傳遞資料，準確的說，是用來傳遞資料的所有權。一個設計良好的程式應該確保同一時刻channel裡面的資料只會被同一個協程擁有，這樣就可以避免並髮帶來的資料不安全問題[data races]。

channel的類型

像數組、切片和字典一樣，channel類型是一種組合類別型，每一種channel類型都對應著一種簡單的資料類型。比如元素的類型是string，那麼對應的channel類型就是chan string，進入channel的資料也就必須是string類型的值。

官方的go編譯器限制channel裡的單個元素最多65535個位元組，也就是說如果channel緩衝數組裡面容納的是struct，那這個struct的size不能大過65535。儘管如此，我們也不應該傳遞體積過大的元素值，因為channel的資料從進入到流出會涉及到資料拷貝操作。如果元素體積過大，最好的方法還是使用傳遞指標來取代傳遞值。

channel類型是可以帶有方向的，假設T是一種類型

1. chan T是雙向channel類型，編譯器允許對雙向channel同時進行發送和接收。
2. chan<- T是唯寫channel類型，編譯器只允許往channel裡面發送資料。
3. <-chan T是唯讀channel類型，編輯器只允許從channel裡面接收資料。

雙向類型的channel，可以被強制轉換成唯讀channel或者是唯寫channel，但是反過來卻不行，唯讀和唯寫channel是不可以轉換成雙向channel的。

channel類型的零值形式稱為空白channel。一個非空channel類型必須通過make關鍵字進行建立。例如make(chan int, 10)將會建立出一個可以容納10個int值的channel。第二個整形的參數值代表的就是channel可以容納資料的大小，如果不提供這個參數值，那預設值就是零。

var ch chan string; // nil channelch := make(chan string); // zero channelch := make(chan string, 10); // buffered channel

channel裡面的value buffer的容量也就是channel的容量。channel的容量為零表示這是一個阻塞型通道，非零表示緩衝型通道[非阻塞型通道]。

channel內部結構

每個channel內部實現都有三個隊列

1. 接收訊息的協程隊列。這個隊列的結構是一個限定最大長度的鏈表，所有阻塞在channel的接收操作的協程都會被放在這個隊列裡。
2. 發送訊息的協程隊列。這個隊列的結構也是一個限定最大長度的鏈表。所有阻塞在channel的發送操作的協程也都會被放在這個隊列裡。
3. 環形資料緩衝隊列。這個環形數組的大小就是channel的容量。如果數組裝滿了，就表示channel滿了，如果數組裡一個值也沒有，就表示channel是空的。對於一個阻塞型channel來說，它總是同時處於即滿又空的狀態。

一個channel被所有使用它的協程所引用，也就是說，只要這兩個裝了協程的隊列長度大於零，那麼這個channel就永遠不會被記憶體回收。另外，協程本身如果阻塞在channel的讀寫操作上，這個協程也永遠不會被記憶體回收，即使這個channel只會被這一個協程所引用。

channel的使用

channel支援以下操作

1. 使用cap(ch)函數查詢channel的容量，cap是golang的內建函數
2. 使用len(ch)函數查詢channel內部的資料長度，len函數也是內建的，表面上這個函數很有意義，但實際上它很少用。
3. 使用close(ch)關閉channel，close也是內建函數。一個非空channel只能夠被關閉一次，如果關閉一個已經被關閉的或者是關閉一個空channel將會引發panic。另外關閉一個唯讀channel是非法的，編譯器直接報錯。
4. 使用ch <- v發送一個值v到channel。發送值到channel可能會有多種結果，即可能成功，也可能阻塞，甚至還會引發panic，取決於當前channel在什麼狀態。
5. 使用 v, ok <- ch 接收一個值。第二個遍曆ok是可選的，它表示channel是否已關閉。接收值只會又兩種結果，要麼成功要麼阻塞，而永遠也不會引發panic。

所有的這些操作都是同步的協程安全的，不需要加任何其它同步控制。

For-Range

for-range文法可以用到通道上。迴圈會一直接收channel裡面的資料，直到channel關閉。不同於array/slice/map上的for-range，channel的for-range只允許有一個變數。

for v = range aChannel {// use v}

等價於

for {v, ok = <-aChannelif !ok {break}// use v}

注意，for-range對應的channel不能是唯寫channel。

Select-Cases

select塊是為channel特殊設計的文法，它和switch文法非常相近。分支上它們都可以有多個case塊和做多一個default塊，但是也有很多不同

1. select 到 括弧{之間不得有任何錶達式
2. fallthrough關鍵字不能用在select裡面
3. 所有的case語句要麼是channel的發送操作，要麼就是channel的接收操作
4. select裡面的case語句是隨機執行的，而不能是順序執行的。設想如果第一個case語句對應的channel是非阻塞的話，case語句的順序執行會導致後續的case語句一直得不到執行除非第一個case語句對應的channel裡面的值都耗盡了。
5. 如果所有case語句關聯的操作都是阻塞的，default分支就會被執行。如果沒有default分支，當前goroutine就會阻塞，當前的goroutine會掛接到所有關聯的channel內部的協程隊列上。 所以說單個goroutine是可以同時掛接到多個channel上的，甚至可以同時掛接到同一個channel的發送協程隊列和接收協程隊列上。當一個阻塞的goroutine拿到了資料接觸阻塞的時候，它會從所有相關的channel隊列中移除掉。

channel簡單規則表

下標的活躍Channel表示即非空又非關閉的Channel

channel規則詳細解釋

空channel

1. 關閉一個空channel會導致當前goroutine引發panic
2. 向一個空channel發送值會導致當前的goroutine阻塞
3. 從一個空channel接收值也會導致當前的goroutine阻塞

在空channel上的調用len和cap函數都統一返回零。

已關閉的Channel

1. 關閉一個已關閉的channel會引發panic
2. 向一個已關閉的channel發送值會引發panic。當這種send操作處於select塊裡面的case語句上時，它會隨時導致select語句引發panic。
3. 從一個已關閉的channel上接收值既不會阻塞也不能panic，它一直能成功返回。只是返回的第二個值ok永遠是false，表示接收到的v是在channel關閉之後拿到的，對應得值也是相應元素類型的零值。可以無限迴圈從已關閉的channel上接收值。

活躍的Channel

1. 關閉操作
1. 從channel的接收協程隊列中移除所有的goroutine，並喚醒它們。
2. 從channel的接收協程隊列中移除所有的goroutine，並喚醒它們。
3. 一個已關閉的channel內部的緩衝數組可能不是空的，沒有接收的這些值會導致channel對象永遠不會被記憶體回收。
2. 發送操作
1. 如果是阻塞型channel，那就從channel的接收協程隊列中移出第一個協程，然後把發送的值直接遞給這個協程。
2. 如果是阻塞型channel，並且channel的接收協程隊列是空的，那麼當前的協程將會阻塞，並進入到channel的發送協程隊列裡。
3. 如果是緩衝型channel，並且緩衝數組裡還有空間，那麼將發送的值添加到數組最後，當前協程不阻塞。
4. 如果是緩衝型channel，並且緩衝數組已經滿了，那麼當前的協程將會阻塞，並進入到channel的發送協程隊列中。
3. 接收操作
1. 如果是緩衝型channel，並且緩衝數組有值，那麼當前的協程不會阻塞，直接從數組中拿出第一個值。如果發送隊列非空，還需要將隊列中的第一個goroutine喚醒。
2. 如果是阻塞型channel，並且發送隊列非空的話，那麼喚醒發送隊列第一個協程，該協程會將發送的值直接遞給接收的協程。
3. 如果是緩衝型channel，並且緩衝數組為空白，或者是阻塞型channel，並且發送協程隊列為空白，那麼當前協程將會阻塞，並加入到channel的接收協程隊列中。

總結

根據以上規則，我們可以得出以下結論

1. 如果channel關閉了，那麼它的接收和發送協程隊列必然空了，但是它的緩衝數組可能還沒有空。
2. channel的接收協程隊列和緩衝數組，同一個時間必然有一個是空的
3. channel的緩衝數組如果未滿，那麼它的發送協程隊列必然是空的
4. 對於緩衝型channel，同一時間它的接收和發送協程隊列，必然有一個是空的
5. 對於非緩衝型channel，一般來說同一時間它的接收和發送協程隊列，也必然有一個是空的，但是有一個例外，那就是當它的發送操作和接收操作在同一個select塊裡出現的時候，兩個隊列都不是空的。

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