Go并发-使用协程、通道和select

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通道和阻塞

通道（channel）和协程（goroutine）是实现Go并发程序的两种机制。其中，通道又分为无缓冲通道和有缓冲通道两种，在编写实际的并发程序时，基本都使用异步模式的有缓冲通道。通道又可细分为支持读和写的双向通道，只读的通道，只写的通道三种。

通道阻塞场景

无论是有缓存通道、还是无缓冲通道都存在阻塞的情况。阻塞场景共4个，有缓存和无缓冲各2个。

无缓冲通道的特点是，发送的数据需要被读取后发送才会完成（同步），它阻塞场景是：

  • 通道中无数据，但执行读通道。
  • 通道中无数据，向通道写数据，但无协程读取。

有缓存通道的特点是，有缓存时可以向通道中写入数据后直接返回（异步），它阻塞场景是：

  • 通道缓存无数据，但执行读通道(接收数据)。
  • 通道缓存已经占满，向通道写数据(发送数据)，但无协程读。

使用协程、通道和select

Go的select关键字可以让我们操作多个通道，将协程（goroutine），通道（channel）和select结合起来构成了Go的一个强大特性。

首先，我们来看一个简短代码，如下所示

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package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func main() {
    c1 := make(chan string, 1)         //定义两个有缓冲通道，容量为1
    c2 := make(chan string, 1)

    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 1)   //每隔1秒发送数据
        c1 <- "name: xuchao"
    }()

    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 2)    //每隔2秒发送数据
        c2 <- "age: 25"
    }()

    for i:=0; i<2; i++ {                //使用select来等待这两个通道的值，然后输出
        select {
        case msg1 := <- c1:
            fmt.Println(msg1)
        case msg2 := <- c2:
            fmt.Println(msg2)
        }
    }
}

执行结果

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# go run channel.go 
name: xuchao
age: 25

如我们所期望的，程序输出了正确的值。对于select语句而言，它不断地检测通道是否有值过来，一旦发现有值过来，立刻获取输出。

使用Select+超时实现无阻塞读写

select是执行选择操作的一个结构，它里面有一组case语句，它会执行其中无阻塞的那一个，如果都阻塞了，那就等待其中一个不阻塞，进而继续执行，它有一个default语句，该语句是永远不会阻塞的，我们可以借助它实现无阻塞的操作。

但使用default实现的无阻塞通道阻塞有一个缺陷：当通道不可读或写的时候，会即可返回。实际场景更多的需求是，我们希望尝试读一会数据，或者尝试写一会数据，如果实在没法读写再返回，程序继续做其它的事情。

使用定时器替代default可以解决这个问题，给通道增加读写数据的容忍时间，如果5s内无法读写，就即刻返回。示例代码修改一下会是这样：

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package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	c1 := make(chan string, 1) //定义两个有缓冲通道，容量分别为1
	c2 := make(chan string, 1)

	go func() {                     //定义一个协程
		time.Sleep(time.Second * 1) //隔1秒发送数据
		c1 <- "name: xuchao"        //向c1通道发送数据
	}()

	go func() {
		time.Sleep(time.Second * 6) //隔6秒发送数据
		c2 <- "age: 25"             //向c2通道发送数据
	}()

	for i := 0; i < 2; i++ {                  //使用select来获取这两个通道的值，然后输出
		tm := time.NewTimer(time.Second * 5) //给通道创建容忍时间，如果5s内无法读写，就即刻返回
		select {
		case msg1 := <-c1:          //接收c1通道数据（消费数据）
			fmt.Println(msg1)
		case msg2 := <-c2:          //接收c2通道数据（消费数据）
			fmt.Println(msg2)
		case <-tm.C:
			fmt.Println("send data timeout!")
		}
	}
}

结果就会变成超时返回：

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# go run channel2.go 
name: xuchao
send data timeout!

总结

为什么Go语言对通道要限制长度而不提供无限长度的通道？
我们知道通道（channel）是在两个 goroutine间通信的桥梁。当数据提供方供给速度大于消费方数据处理速度时，如果通道不限制长度，那么内存将不断膨胀直到应用崩溃。因此，限制通道的长度有利于约束数据提供方的供给速度，才能正常地处理数据。

常用的select场景

  • 无阻塞的读、写通道。即使通道是带缓存的，也是存在阻塞的情况，使用select可以完美的解决阻塞读写。
  • 给某个请求/处理/操作，设置超时时间，一旦超时时间内无法完成，则停止处理。
  • select本色：多通道处理。

解决阻塞的2种办法

  • 使用select的default语句，在channel不可读写时，即可返回
  • 使用select+定时器，在超时时间内，channel不可读写，则返回（推荐方式）

记住，在for循环里不要使用select + time.After的组合，易造成内存泄漏，应当使用NewTimer来做定时器。当使用golang过程中，遇到性能和内存gc问题，都可以使用golang tool pprof来排查分析问题。