【Go语言学习系列29】并发编程（二）：channel基础

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本文是【Go语言学习系列】的第29篇，当前位于第三阶段（进阶篇）

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📖 文章导读

在本文中，您将了解：

channel的基本概念与作用
无缓冲与缓冲channel的区别与适用场景
channel的发送与接收操作
如何正确关闭channel
使用channel进行goroutine间通信的最佳实践
常见的channel错误与陷阱

本文是掌握Go并发编程的关键一步，channel与goroutine共同构成了Go语言并发模型的核心。通过理解channel的工作原理，您将能够设计出更加高效、安全的并发程序。

Go channel示意图

并发编程（二）：channel基础

在上一篇文章中，我们介绍了Go语言并发编程的核心机制之一——goroutine。而今天，我们将深入探讨Go并发模型的另一个核心组件：channel（通道）。channel是goroutine之间进行通信和同步的主要机制，它实现了CSP（通信顺序进程）模型中"通过通信来共享内存"的理念。

一、channel概念

1.1 什么是channel

channel是Go语言提供的一种数据结构，它像一个管道，可以在不同的goroutine之间安全地传递数据。channel有以下特点：

类型安全：每个channel只能传递指定类型的数据
并发安全：channel的操作是原子的，不需要额外的锁
FIFO顺序：数据按照先进先出的顺序从channel中读取
阻塞机制：可以用于goroutine之间的同步

从本质上讲，channel是一个数据结构，内部包含一个缓冲区、一个互斥锁以及两个等待队列（发送者队列和接收者队列）。

1.2 为什么需要channel

在并发编程中，我们通常需要解决以下问题：

数据共享：多个goroutine需要安全地共享数据
工作分发：将任务分配给多个worker goroutine
信号通知：发送事件信号（如完成、取消等）
同步控制：协调不同goroutine的执行顺序

传统的共享内存并发模型通常使用锁来解决这些问题，但锁机制容易导致复杂性增加、死锁和性能问题。channel提供了一种更简洁、更符合Go语言哲学的方案。

1.3 channel类型

在Go中，channel类型表示为chan T，其中T是channel中传递的数据类型。channel有三种基本类型：

双向channel：可以发送和接收数据

var ch chan int // 双向channel，可发送和接收int

只发送channel：只能发送数据，不能接收
```
var sendCh chan<- int // 只发送channel
```
只接收channel：只能接收数据，不能发送
```
var recvCh <-chan int // 只接收channel
```

类型转换关系：

双向channel可以转换为单向channel，但反之不行
这种转换通常用于函数参数，限制函数对channel的操作

func send(ch chan<- int) {
   
   
    ch <- 42 // 只能发送
    // <-ch  // 编译错误：不能从只发送channel接收
}

func receive(ch <-chan int) {
   
   
    v := <-ch // 只能接收
    // ch <- 42 // 编译错误：不能向只接收channel发送
}

func main() {
   
   
    ch := make(chan int) // 双向channel
    go send(ch)    // 可以将双向channel传给只发送channel参数
    go receive(ch) // 可以将双向channel传给只接收channel参数
}

二、无缓冲与缓冲channel

Go语言中的channel分为两种：无缓冲channel和缓冲channel，它们有着不同的行为特性。

2.1 无缓冲channel

无缓冲channel没有存储容量，发送操作必须等待接收操作，反之亦然。因此，无缓冲channel提供了goroutine之间的同步保证。

创建方式：

ch := make(chan int) // 无缓冲channel
// 或
ch := make(chan int, 0) // 显式指定缓冲大小为0

行为特点：

发送操作会阻塞，直到有另一个goroutine执行接收操作
接收操作会阻塞，直到有另一个goroutine执行发送操作
发送和接收操作同时就绪时，数据交换才会发生

示例：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
   
   
    ch := make(chan string) // 无缓冲channel
    
    go func() {
   
   
        fmt.Println("Goroutine starts...")
        time.Sleep(2 * time.Second)
        fmt.Println("Goroutine sending data...")
        ch <- "Hello from goroutine!" // 发送数据到channel
        fmt.Println(