通道類型的值本身就是并發安全的,這也是Go語言自帶的、唯一一個可以滿足并發安全性的類型。
聲明一個通道類型變量的時候,我們首先要確定該通道類型的元素類型,決定了我們可以通過這個通道傳遞什么類型的數據。
在初始化通道的時候,make
函數除了必須接收這樣的類型字面量作為參數,還可以接收一個int
類型的參數。
后者是可選的,用于表示該通道的容量。通道的容量,就是指通道最多可以緩存多少個元素值。由此,雖然這個參數是int類型的,但是它是不能小于0的。
當容量為0時,我們可以稱通道為非緩沖通道,也就是不帶緩沖的通道。當容量大于0時,我們可以稱為緩沖通道,也就是帶有緩沖的通道。非緩沖通道和緩沖通道有著不同的數據傳遞方式。
一個通道相當于一個先進先出(FIFO)的隊列。也就是說,通道中的各個元素值都是嚴格地按照發送的順序排列的,先被發送通道的元素值一定會先被接收。元素值的發送和接收都需要用到操作符<-
。我們也可以叫它接送操作符。一個左尖括號緊接著一個減號形象地代表了元素值的傳輸方向。
package mainimport "fmt"func main() {ch1 := make(chan int, 3)ch1 <- 2ch1 <- 1ch1 <- 3elem1 := <-ch1fmt.Printf("The first element received from channel ch1: %v\n",elem1)
}
上面代碼中,聲明并初始化了一個元素類型為int
、容量為3的通道ch1
,并用了三條語句,向該通道先后發送了三個元素值2、1和3.
這里的語句需要這樣寫:依次敲入通道變量的名稱(比如ch1)、接送操作符<-以及想要發送的元素值(比如2),并且這三者之間最好用空格進行分割。
這顯然表達了“這個元素值將被發送該通道”這個語義。由于該通道的容量為 3,所以,我可以在通道不包含任何元素值的時候,連續地向該通道發送三個值,此時這三個值都會被緩存在通道之中。
當我們需要從通道接收元素值的時候,同樣要用接送操作符<-
,只不過,這時需要把它寫=在變量名的左邊,用于表達“要從該通道接收一個元素值”的語義。
如果我們需要把如此得來的元素值存起來,那么在接收表達式的左邊就需要依次添加賦值符號(=或:=)和用于存值的變量的名字。因此,語句elem1 := <-ch1會將最先進入ch1的元素2接收來并存入變量elem1。
對通道的發送和接收操作都有哪些基本的特性?
1.對于同一個通道,發送操作之間是互斥的,接收操作之間也是互斥的。
2.發送操作和接收操作中對元素值的處理都是不可分割的。
3.發送操作在完全完成之前會被阻塞。接受操作也是如此。
問題詳解
1.對于同一個通道,發送操作之間是互斥等待,接收操作之間也是互斥的。
在同一時刻,Go語言的運行時系統(以下簡稱運行時系統)只會執行對同一個通道的任意個發送操作中的某一個。
直到這個元素值完全被移出該通道之后,其他針對該通道的接收操作才可能被執行。即使這些操作是并發執行的也是如此。
另外,對于通道的同一個元素值來說,發送操作和接收操作之間也是互斥的。例如,雖然會出現,正在被復制進通道但未復制完成的元素值,但是這時它絕不會被想接收它的一方看到和取走。
需要注意的細節是,元素值從外界進入通道時會被復制。更具體地說,進入通道的并不是在接收操作符右邊的那個元素值,而是它的副本。
另一方面,元素值從通道進入外界時會被移動。這個移動操作實際上包含了兩步,第一步是生成正在通道中的這個元素值的副本,并準備給到接收方,第二步是刪除在通道中的這個元素值。
2.發送操作和接收操作中對元素值的處理都是不可分割的。
這里的"不可分割"的意思是,它們處理元素值時都是一氣呵成的,絕不會被打斷。
例如,發送操作要么還沒復制元素值,要么已經復制完畢,絕不會出現只復制了一部分的情況。
又例如,接收操作在準備好元素值的副本之后,一定會刪除掉通道中的原值,絕不會出現通道中仍有殘留的情況。
這既是為了保證通道中元素值的完整性,也是為了保證通道操作的唯一性。對于通道中的同一個元素值來說,它只可能是某一個發送操作放入的,同時也只可能被某一個接收操作取出。
3.發送操作在完全完成之前會被堵塞。接收操作也是如此
發送操作包括了"復制元素值"和"放置副本到通道內部"這兩個步驟
。
在這兩個步驟完全完成之前,發起這個發送操作的那句代碼會一直堵塞在那里。也就是說,在它之后的代碼不會有執行的機會,直到這句代碼的阻塞解除。
更細致地說,在通道完成發送操作之后,運行時系統會通知這句代碼所在的goroutine
,以使它去爭取繼續運行代碼的機會。
接收操作通常包含了"復制通道內的元素值""放置副本到接收方""刪除原值"三個步驟
。
在所有這些步驟完全完成之前,發起該操作的代碼也會一直阻塞,直到該代碼所在的goroutine
收到了運行時系統的通知并重新獲得運行機會為止。
如此阻塞代碼其實就是為了實現操作的互斥和元素值的完整。
發送操作和接收操作在什么時候可能被長時間的阻塞?
緩沖通道
針對緩沖通道
的情況。如果通道已滿,那么對它的所有發送操作都會被阻塞,直到通道中有元素值被接收走。
這時,通道會優先通知最早因此而等待的、那個發送操作所在的goroutine
,后者會再次執行發送操作。
由于發送操作在這種情況下被阻塞后,它們所在的goroutine會順序地進入通道內部的發送等待隊列,所以通知的順序總是公平的。
相對的,如果通道已空,那么對它的所有接收操作都會被阻塞,直到通道中有新的元素值出現。這時,通道會通知最早等待的那個接收操作所在的goroutine
,并使它再次執行接收操作。
因此而等待的、所有接收操作所在的goroutine
,都會按照先后順序被放入通道內部的接收等待隊列。
非緩沖通道
對應非緩沖通道
,情況要簡單一點。無論是發送操作還是接收操作,一開始執行就會被阻塞,直到配對的操作也開始執行,才會繼續傳遞。由此可見,非緩沖通道是在用同步的方式傳遞數據。也就是說,只有收發雙方對接上了,數據才會被傳遞。
并且,數據是直接從發送方復制到接收方的,中間并不會用非緩沖通道做中轉。相比之下,緩沖通道則在用異步的方式傳遞數據。
在大多數情況下,緩沖通道會作為收發雙方的中間件。正如前文所述,元素值會先從發送方復制到緩沖通道,之后再由緩沖通道復制給接收方。
但是,當發送操作在執行的時候發現空的通道中,正好有等待的接收操作,那么它會直接把元素值復制給接收方。
注意
對于值為nil
的通道,不論它的具體類型是什么,對它的發送操作和接收操作都會永久地處于阻塞狀態。它們所屬的goroutine
中的任何代碼,都不再會被執行。
由于通道類型是引用類型,所以它的零值就是nil
。換句話說,當我們只聲明該類型的變量但沒有用make
函數對它進行初始化時,該變量的值就會是nil
。所以一定不要忘記初始化通道!
發送操作和接收操作在什么時候會引發panic?
對于一個已初始化,但未來關閉的通道來說,收發操作一定不會引發panic
。但是通道一旦關閉,再對它進行發送操作,就會引發panic
。
當我們把接收表達式的結果同時賦給兩個變量時,第二個變量的類型就是一定bool
類型。它的值如果為false
就說明通道已經關閉,并且再沒有元素值可取了。
注意,如果通道關閉時,里面還有元素值未被取出,那么接收表達式的第一個結果,仍會是通道中的某一個元素值,而第二個結果值一定會是true。
因此,通過接收表達式的第二個結果值,來判斷通道是否關閉是可能有延時的。
文章學習自郝林老師的《Go語言36講》