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GO语言中通道和sync包的使用教程分享

作者:阿兵云原生

这篇文章主要为大家详细介绍了Go语言中通道和sync包的相关资料,文中的示例代码讲解详细,对我们学习Go语言有一定的帮助,需要的可以参考一下

GO通道和 sync 包的分享

我们一起回顾一下上次分享的内容:

要是对GO的锁和原子操作还感兴趣的话,欢迎查看文章GO的锁和原子操作分享

上次我们分享到锁和原子操作,都可以保证共享数据的读写

可是,他们还是会影响性能,不过,Go 为开发这提供了 通道 这个神器

今天我们来分享一下Go中推荐使用的其他同步方法,通道和 sync 包

通道是什么

是一种特殊的类型,是连接并发goroutine的管道

channel 通道是可以让一个 goroutine 协程发送特定值到另一个 goroutine 协程的通信机制

通道像一个传送带或者队列,总是遵循先入先出(First In First Out)的规则,保证收发数据的顺序,这一点和管道是一样的

一个协程从通道的一头放入数据,另一个协程从通道的另一头读出数据

每一个通道都是一个具体类型的导管,声明 channel 的时候需要为其指定元素类型。

通道能做什么

控制协程的同步,让程序有序运行

GO 中提倡 不要通过共享内存来通信,而通过通信来共享内存

goroutine协程 是 Go 程序并发的执行体,channel 通道就是它们之间的连接,他们之间的桥梁,他们的交通枢纽

通道有哪几种

大致可分为如下三种:

无缓冲通道

无缓冲的通道又称为阻塞的通道

无缓冲通道上的发送操作会阻塞,直到另一个goroutine在该通道上执行接收操作,这时值才能发送成功

两个 goroutine 协程将继续执行

我们反过来看,如果接收操作先执行,接收方的goroutine将阻塞,直到另一个 goroutine 协程在该通道上发送一个数据

因此,无缓冲通道也被称为同步通道,因为我们可以使用无缓冲通道进行通信,利用发送和接收的 goroutine 协程同步化

有缓冲的通道

还是上述提到的,有缓冲通道,就是在初始化 / 创建通道 的 make 函数的第 2 个参数填上我们所期望的缓冲区大小 , 例如:

ch1 := make(chan int , 4)

此时,该通道的容量为4,发送方可以一直向通道中发送数据,直到通道满,且通道数据未被读走时,发送方就会阻塞

只要通道的容量大于零,那么该通道就是有缓冲的通道

通道的容量表示通道中能存放元素的数量

我们可以使用内置的 len函数 获取通道内元素的数量,使用 cap函数 获取通道的容量

单向通道

通道默认是既可以读有可以写的,但是单向通道就是要么只能读,要么只能写

1.chan <- int

是一个只能发送的通道,可以发送但是不能接收

2.<- chan int

是一个只能接收的通道,可以接收但是不能发送

如何创建和声明一个通道

声明通道

在 Go 里面,channel是一种类型,默认就是一种引用类型

简单解释一下什么是引用:

声明一个通道

var 变量名 chan 元素类型

var ch1 chan string   			// 声明一个传递字符串数据的通道
var ch2 chan []int 				// 声明一个传递int切片数据的通道
var ch3 chan bool  				// 声明一个传递布尔型数据的通道
var ch4 chan interface{}  		// 声明一个传递接口类型数据的通道

看,声明一个通道就是这么简单

对于通道来说,关声明了还不能使用,声明的通道默认是其对应类型的零值,例如

我们还需要对通道进行初始化才可以正常使用通道哦

初始化通道

一般是使用 make 函数初始化之后才能使用通道,也可以直接使用make函数 创建通道

例如:

ch5 := make(chan string)
ch6 := make(chan []int)
ch7 := make(chan bool)
ch8 := make(chan interface{})

make 函数的第二个参数是可以设置缓冲的大小的,我们来看看源码的说明

// The make built-in function allocates and initializes an object of type
// slice, map, or chan (only). Like new, the first argument is a type, not a
// value. Unlike new, make's return type is the same as the type of its
// argument, not a pointer to it. The specification of the result depends on
// the type:
// Slice: The size specifies the length. The capacity of the slice is
// equal to its length. A second integer argument may be provided to
// specify a different capacity; it must be no smaller than the
// length. For example, make([]int, 0, 10) allocates an underlying array
// of size 10 and returns a slice of length 0 and capacity 10 that is
// backed by this underlying array.
// Map: An empty map is allocated with enough space to hold the
// specified number of elements. The size may be omitted, in which case
// a small starting size is allocated.
// Channel: The channel's buffer is initialized with the specified
// buffer capacity. If zero, or the size is omitted, the channel is
// unbuffered.
func make(t Type, size ...IntegerType) Type

如果 make 函数的第二个参数不填,那么就默认是无缓冲的通道

现在我们来看看如何操作 channel 通道,都可以怎么玩

如何操作 channel

通道的操作有如下三种操作:

对于发送和接收通道里面的数据,写法就比较形象,使用 <- 来指向是从通道里面读取数据,还是从通道中发送数据

向通道发送数据

// 创建一个通道
ch := make(chan int)
// 发送数据给通道
ch <- 1

我们看到箭头的方向是,1 指向了 ch 通道,所以不难理解,这是将1 这个数据,放入通道中

从通道中接收数据

num := <-ch

不难看出,上述代码是 ch 指向了一个需要初始化的变量,也就是说,从 ch 中读出一个数据,赋值给 num

我们从通道中读出数据,也可以不进行赋值,直接忽略也是可以的,如:

<-ch

关闭通道

Go中提供了 close 函数来关闭通道

close(ch)

对于关闭通道非常需要注意,用不好直接导致程序崩溃

关闭后的通道有以下 4 个特点:

通道异常情况梳理

我们来整理一下对于通道会存在的异常:

channel 状态未初始化的通道(nil)通道非空通道是空的通道满了通道未满
接收数据阻塞接收数据阻塞接收数据接收数据
发送数据阻塞发送数据发送数据阻塞发送数据
关闭panic关闭通道成功
待数据读取完毕后
返回零值
关闭通道成功
直接返回零值
关闭通道成功
待数据读取完毕后
返回零值
关闭通道成功
待数据读取完毕后
返回零值

每一种通道的DEMO实战

无缓冲通道

func main() {
   // 创建一个无缓冲的,数据类型 为 int 类型的通道
   ch := make(chan int)
   // 向通道中写入 数字 1
   ch <- 1
   fmt.Println("send successfully ... ")
}

执行上述代码我们可以查看到效果

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
        F:/my_channel/main.go:9 +0x45
exit status 2

出现上述报错 deadlock 错误的原因,细心的小伙伴应该能够知道为什么,我上述有提到

我们使用 ch := make(chan int) 创建的是无缓冲的通道

无缓冲的通道只有在有接收方接收值的时候才能发送数据成功

我们可以想一下我们生活中的案例一样:

你在某东上买了一个稍微贵重一点的物品,某东快递人员给你寄快递的时候,打电话给你,必须要送到你的手上,不然不敢签收,这个时候,你不方便,或者你不签收,那么这个快递就是算作没有寄送成功

因此,上述问题原因是,创建了一个无缓冲通道,发送方一直在阻塞,通道中一直未有协程读取数据,导致死锁

我们的解决办法就是创建另外一个协程,将数据从通道中读出来即可

package main

import "fmt"

func recvData(c chan int) {
	ret := <-c
	fmt.Println("recvData successfully ... data = ", ret)
}

func main() {
	// 创建一个无缓冲的,数据类型 为 int 类型的通道
	ch := make(chan int)
	go recvData(ch)
	// 向通道中写入 数字 1
	ch <- 1
	fmt.Println("send successfully ... ")
}

这里需要注意,如果 go recvData(ch) 放在了 ch <- 1 之后,那么结果还是一样的死锁,原因还是因为 ch <- 1 会一直阻塞,根本不会执行到 他之后的语句

实际效果

recvData successfully ... data =  1
send successfully ...

有缓冲通道

func main() {
   // 创建一个无缓冲的,数据类型 为 int 类型的通道
   ch := make(chan int , 1)
   // 向通道中写入 数字 1
   ch <- 1
   fmt.Println("send successfully ... ")
}

还是同样的案例,同样的代码,我们只是把无缓冲通道,换成了有缓冲的通道, 我们仍然不专门开协程读取通道的数据

实际效果 , 发送成功

send successfully ...

因为此时通道中的缓冲是1,第一次向通道中发送数据,不会阻塞,

可是如果,在通道中数据还未读取出去之前,又向通道中写入数据,则此处会阻塞,

若一直没有协程从通道中读取数据,则结果与上述一样,会死锁

单向通道

package main

import "fmt"

func OnlyWriteData(out chan<- int) {
   // 单向 通道 , 只写 不能读
   for i := 0; i < 10; i++ {
      out <- i
   }
   close(out)
}

func CalData(out chan<- int, in <-chan int) {
   // out 单向 通道 , 只写 不能读
   // int 单向 通道 , 只读 不能写

   // 遍历 读取in 通道,若 in通道 数据读取完毕,则阻塞,若in 通道关闭,则退出循环
   for i := range in {
      out <- i + i
   }
   close(out)
}
func myPrinter(in <-chan int) {
   // 遍历 读取in 通道,若 in通道 数据读取完毕,则阻塞,若in 通道关闭,则退出循环
   for i := range in {
      fmt.Println(i)
   }
}

func main() {
   // 创建2 个无缓冲的通道
   ch1 := make(chan int)
   ch2 := make(chan int)


   go OnlyWriteData(ch1)
   go CalData(ch2, ch1)


   myPrinter(ch2)
}

我们模拟 2 个通道,

实际效果

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18

关闭通道

package main

import "fmt"

func main() {
   c := make(chan int)
   
   go func() {
      for i := 0; i < 10; i++ {
         // 循环向无缓冲的通道中写入数据, 只有当上一个数据被读走之后,下一个数据才能往通道中放
         c <- i
      }
      // 关闭通道
      close(c)
   }()
   for {
      // 读取通道中的数据,若通道中无数据,则阻塞,若读到 ok 为false, 则通道关闭,退出循环
      if data, ok := <-c; ok {
         fmt.Println(data)
      } else {
         break
      }
   }
   fmt.Println("channel over")
}

再次强调一下关闭通道,demo 的模拟方式与上述的案例基本一致,感兴趣的可以自己运行看看效果

看到这里,细心的小伙伴应该可以总结出,判断通道是否关闭的 2种 方式了吧?

读取通道的时候,判断bool类型的变量是否为false

例如上述代码

if data, ok := <-c; ok {
	fmt.Println(data)
} else {
	break
}

判断 ok 为true,则正常读取到数据, 若为false ,则通道关闭

通过 for range 的方式来遍历通道,若退出循环,则是因为通道关闭

sync 包

Go 的 sync 包也是用作实现并发任务的同步

还记得吗,在分享 文章GO的锁和原子操作分享的时候,我们就用到过 sync 包

用法大同消息,这里列举一下 sync 包涉及的数据结构和方法

sync.WaitGroup

他是一个结构体,传递的时候要传递指针 ,这里需要注意

他是并发安全的,内部有维护一个计数器

涉及的方法:

(wg * WaitGroup) Add(delta int)

参数中 传入的 delta ,表示 sync.WaitGroup 内部的计数器 + delta

(wg *WaitGroup) Done()

表示当前协程退出,计数器 -1

(wg *WaitGroup) Wait()

等待并发任务执行完毕,此时的计数器为变成 0

sync.Once

他是并发安全的,内部有互斥锁 和 一个布尔类型的数据

一般用于在高并发的场景下只执行一次,我们一下子就能想到的场景会有程序启动时,加载配置文件的场景

针对类似的场景,Go 也给我们提供了解决方法 ,即 sync.Once 里面的 Do 方法

func (o *Once) Do(f func()) {}

Do 方法的参数 是一个函数,可是我们要在该函数里面传递参数咋整?

可以使用Go 里面的闭包来实现 , 闭包的具体实现方式,感兴趣的可以深入了解一下

sync.Map

他是并发安全的,正是因为 Go 中的 map 是并发不安全的,因此有了 sync.Map

sync.Map 有如下几个明显的优势:

sync.Map 涉及的方法

见名知意

Store

存入 key 和value

Load

取出 某个key 对应的 value

LoadOrStore

取出 并且 存入 2个操作

Delete

删除key 和 对应的 value

Range

遍历所有key 和 对应的 value

总结

以上就是GO语言中通道和sync包的使用教程分享的详细内容,更多关于GO通道 sync包的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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