一招教你无阻塞读写Golang channel

本文介绍了Go语言中通道的阻塞场景,包括无缓冲和有缓冲通道各两种阻塞情况。还阐述了如何使用select结构实现无阻塞读写,以及结合超时机制进一步改善无阻塞读写,让程序在无法读写时能超时返回,继续执行其他任务。

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无论是无缓冲通道,还是有缓冲通道,都存在阻塞的情况,教你一招再也不遇到channel阻塞的问题。

这篇文章会介绍,哪些情况会存在阻塞,以及如何使用select解决阻塞。

阻塞场景

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,它阻塞场景:

  1. 通道中无数据,但执行读通道。
  2. 通道中无数据,向通道写数据,但无协程读取。
// 场景1
func ReadNoDataFromNoBufCh() {
    noBufCh := make(chan int)

    <-noBufCh
    fmt.Println("read from no buffer channel success")

    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

// 场景2
func WriteNoBufCh() {
    ch := make(chan int)

    ch <- 1
    fmt.Println("write success no block")
    
    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

注:示例代码中的Output注释代表函数的执行结果,每一个函数都由于阻塞在通道操作而无法继续向下执行,最后报了死锁错误。

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,缓存中有数据时可以从通道中读到数据直接返回,这时有缓存通道是不会阻塞的,它阻塞的场景是:

  1. 通道的缓存无数据,但执行读通道。
  2. 通道的缓存已经占满,向通道写数据,但无协程读。
// 场景1
func ReadNoDataFromBufCh() {
    bufCh := make(chan int, 1)

    <-bufCh
    fmt.Println("read from no buffer channel success")

    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

// 场景2
func WriteBufChButFull() {
    ch := make(chan int, 1)
    // make ch full
    ch <- 100

    ch <- 1
    fmt.Println("write success no block")
    
    // Output:
    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

使用Select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。

下面示例代码是使用select修改后的无缓冲通道和有缓冲通道的读写,以下函数可以直接通过main函数调用,其中的Ouput的注释是运行结果,从结果能看出,在通道不可读或者不可写的时候,不再阻塞等待,而是直接返回。

// 无缓冲通道读
func ReadNoDataFromNoBufChWithSelect() {
    bufCh := make(chan int)

    if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Printf("read: %d\n", v)
    }

    // Output:
    // channel has no data
}

// 有缓冲通道读
func ReadNoDataFromBufChWithSelect() {
    bufCh := make(chan int, 1)

    if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Printf("read: %d\n", v)
    }

    // Output:
    // channel has no data
}

// select结构实现通道读
func ReadWithSelect(ch chan int) (x int, err error) {
    select {
    case x = <-ch:
        return x, nil
    default:
        return 0, errors.New("channel has no data")
    }
}

// 无缓冲通道写
func WriteNoBufChWithSelect() {
    ch := make(chan int)
    if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Println("write success")
    }

    // Output:
    // channel blocked, can not write
}

// 有缓冲通道写
func WriteBufChButFullWithSelect() {
    ch := make(chan int, 1)
    // make ch full
    ch <- 100
    if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        fmt.Println("write success")
    }

    // Output:
    // channel blocked, can not write
}

// select结构实现通道写
func WriteChWithSelect(ch chan int) error {
    select {
    case ch <- 1:
        return nil
    default:
        return errors.New("channel blocked, can not write")
    }
}

使用Select+超时改善无阻塞读写

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。比如,我给通道读写数据的容忍时间是500ms,如果依然无法读写,就即刻返回,修改一下会是这样:

func ReadWithSelect(ch chan int) (x int, err error) {
    timeout := time.NewTimer(time.Microsecond * 500)

    select {
    case x = <-ch:
        return x, nil
    case <-timeout.C:
        return 0, errors.New("read time out")
    }
}

func WriteChWithSelect(ch chan int) error {
    timeout := time.NewTimer(time.Microsecond * 500)

    select {
    case ch <- 1:
        return nil
    case <-timeout.C:
        return errors.New("write time out")
    }
}

结果就会变成超时返回:

read time out
write time out
read time out
write time out

如果这篇文章对你有帮助,请点个赞/喜欢,让我知道我的写作是有价值的,感谢。



作者:大彬_一起学Golang
链接:https://www.jianshu.com/p/3b24e909905f
来源:简书
简书著作权归作者所有,任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。

### GolangChannel 的用法与示例 ChannelGo 语言中的一个重要特性,用于在 Goroutines 之间安全地传递数据。它提供了一种简洁的方式来实现并发控制和通信。 #### 创建和初始化 Channel 可以使用 `make` 函数创建一个新的 channel。下面是一个简单的例子: ```go ch := make(chan int) ``` 此代码片段定义了一个整数类型的 channel[^1]。 #### 发送和接收数据 通过 `<-` 运算符可以在 channel 上发送或接收数据。以下是基本操作的例子: ```go // 向 channel 发送数据 ch <- value // 从 channel 接收数据 value := <-ch ``` 这些语句分别表示向 channel 发送数据和从 channel 获取数据的操作[^2]。 #### 使用带缓冲区的 Channel 无缓冲的 channel 只有当接收方准备好时才会继续执行;而带缓冲的 channel 则允许存储一定数量的数据项而不阻塞。可以通过指定第二个参数来设置缓冲大小: ```go bufferedCh := make(chan int, 10) ``` 这里创建了一个容量为 10 的带缓冲 channel[^3]。 #### 关闭 Channel 和遍历其值 关闭一个 channel 表明不会再有任何新的值被写入其中。这通常发生在生产者完成所有工作之后。消费者可以通过 range 循环自动处理直到 channel 被关闭为止的所有值: ```go close(ch) for val := range ch { fmt.Println(val) } ``` 注意,在多生产者的场景下应小心管理谁负责关闭 channel,以免引发 panic 错误。 #### Select 语句支持多个通道操作 Go 提供了 select 语句用来等待多个 communication 操作之一变得可用。这是一个典型的非阻塞 I/O 实现方式: ```go select { case msg1 := <-ch1: fmt.Println("received", msg1) case ch2 <- "ping": default: fmt.Println("no activity") } ``` 上述代码展示了如何监听来自不同 channels 的消息或者尝试发送一条新消息给某个 channel。 #### 完整示例:计数器应用 以下展示的是利用 goroutine 和 unbuffered channel 构建的一个简单计数器应用程序: ```go package main import ( "fmt" ) func counter(out chan<- int) { for i := 0; i < 100; i++ { out <- i // 将当前数值传送到 out channel } close(out) // 结束后关闭该 channel } func square(in <-chan int, out chan<- int) { for v := range in { // 遍历输入 channel 的每一个值 out <- v * v // 计算平方并传送至下一个 stage } close(out) // 处理完成后关闭 output channel } func printer(in <-chan int) { for v := range in { // 打印接收到的所有值 fmt.Println(v) } } func main() { naturals := make(chan int) squares := make(chan int) go counter(naturals) go square(naturals, squares) printer(squares) } ``` 在这个程序里,我们启动三个独立的任务——生成自然数序列、计算它们各自的平方以及打印最终的结果集。 ---
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