深入理解 Golang Channel

這是一個建立於 的文章，其中的資訊可能已經有所發展或是發生改變。

0. 引言

channel 是 Go 語言中的一個非常重要的特性，這篇文章來深入瞭解一下 channel。

1. CSP

要想理解 channel 要Crowdsourced Security Testing道 CSP 模型。CSP 是 Communicating Sequential Process 的簡稱，中文可以叫做通訊順序進程，是一種並發編程模型，由 Tony Hoare 於 1977 年提出。簡單來說，CSP 模型由並發執行的實體（線程或者進程）所組成，實體之間通過發送訊息進行通訊，這裡發送訊息時使用的就是通道，或者叫 channel。CSP 模型的關鍵是關注 channel，而不關注發送訊息的實體。Go 語言實現了 CSP 部分理論，goroutine 對應 CSP 中並發執行的實體，channel 也就對應著 CSP 中的 channel。

2. channel 基礎知識

2.1 建立 channel

channel 使用之前需要通過 make 建立。

1 2	unBufferChan := make(chan int) // 1 bufferChan := make(chan int, N) // 2

上面的方式 1 建立的是無緩衝 channel，方式 2 建立的是緩衝 channel。如果使用 channel 之前沒有 make，會出現 dead lock 錯誤。至於為什麼是 dead lock，下文我們從源碼裡面看看。

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func main() { var x chan int go func() { x <- 1 }() <-x }

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$ 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

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ch := make(chan int, 10) // 讀操作 x <- ch // 寫操作 ch <- x

2.3 channel 種類

channel 分為無緩衝 channel 和有緩衝 channel。兩者的區別如下：

• 無緩衝：發送和接收動作是同時發生的。如果沒有 goroutine 讀取 channel （<- channel），則寄件者 (channel <-) 會一直阻塞。

• 緩衝：緩衝 channel 類似一個有容量的隊列。當隊列滿的時候寄件者會阻塞；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。

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ch := make(chan int) // 關閉 close(ch)

關於關閉 channel 有幾點需要注意的是：

• 重複關閉 channel 會導致 panic。
• 向關閉的 channel 發送資料會 panic。
• 從關閉的 channel 讀資料不會 panic，但是讀出的資料是 channel 類似的預設值，比如 chan int 類型的 channel 關閉之後讀取到的值為 0。

對於上面的第三點，我們需要區分一下：channel 中的值是預設值還是 channel 關閉了。可以使用 ok-idiom 方式，這種方式在 map 中比較常用。

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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 通訊

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func main() { x := make(chan int) go func() { x <- 1 }() <-x }

2. select

select 一定程度上可以類比於 linux 中的 IO 多工中的 select。後者相當於提供了對多個 IO 事件的統一管理，而 Golang 中的 select 相當於提供了對多個 channel 的統一管理。當然這隻是 select 在 channel 上的一種使用方法。

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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 迴圈使用，像下面這樣，因為正常 select 裡面的流程也就執行一遍。這麼來看 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 迴圈這一層。

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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，迴圈自動結束。

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func consumer(ch chan int) { for x := range ch { fmt.Println(x) ... } } func producer(ch chan int) { for _, v := range values { ch <- v } }

4. 逾時控制

在很多操作情況下都需要逾時控制，利用 select 實現逾時控制，下面是一個簡單的樣本。

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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程。

5. 生產者-消費者模型

利用緩衝 channel 可以很輕鬆的實現生產者-消費者模型。上面的 range 樣本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麼用呢？其實單向 channel 主要用在函式宣告中。比如。

1	func foo(ch chan<- int) <-chan int {...}

foo 的形參是一個只能寫的 channel，那麼就表示函數 foo 只會對 ch 進行寫，當然你傳入的參數可以是個普通 channel。foo 的傳回值是一個只能讀的 channel，那麼表示 foo 的傳回值規範用法就是只能讀取。這種寫法在 Golang 的原生程式碼程式庫中有非常多的樣本，感興趣的可以去看一下。

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// 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 }

也許你會說這麼寫在功能上和使用普通的 channel 並不會有什麼差別。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範式：convention over configuration，中文一般叫做 約定優於配置。這種編程範式在 Ruby 中體現的尤為明顯。

5. 總結

Golang 的 channel 將 goroutine 隔離開，並發編程的時候可以將注意力放在 channel 上。在一定程度上，這個和訊息佇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裡了。之後的一篇文章還是來看看 channel 的源碼吧，對於更深入地理解 channel 還是挺有用的。

6. 參考

1. Go Concurrency Patterns: Pipelines and cancellation
2. Go Concurrency Visualize