Channel理解 Golang

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Channel概述

‌Channel在Go语言（Golang）中是一种用于在Goroutine之间进行通信和同步的机制‌。Channel提供了一种安全的方式，让多个Goroutine在同步或异步的情况下交换信息，而不需要使用复杂的锁机制。它的主要特点是类型安全——即Channel中只能传递同一种类型的数据‌。

实现

1、声明与创建‌：使用make函数创建一个Channel。例如，创建一个可以传递int类型的Channel：

ch := make(chan int)	//无缓冲区
ch := make(chan int ,3)	//有缓冲区，容量为3

2、‌发送数据‌：使用<-操作符向Channel发送数据。例如：

ch <- 10

3、接收数据：使用<-操作符从Channel接收数据。例如：

value := <-ch

有无缓冲区的区别（特性）

首先我们看一下channel的代码实现（go/src/runtime/chan.go）：

type hchan struct {
    //channel分为无缓冲和有缓冲两种。
    //对于有缓冲的channel存储数据，借助的是如下循环数组的结构
    qcount   uint           // 循环数组中的元素数量
    dataqsiz uint           // 循环数组的长度
    buf      unsafe.Pointer // 指向底层循环数组的指针	//驿站货架
    elemsize uint16 		//能够收发元素的大小
    
    
    closed   uint32   //channel是否关闭的标志
    elemtype *_type   //channel中的元素类型
    
    //有缓冲channel内的缓冲数组会被作为一个“环型”来使用。
    //当下标超过数组容量后会回到第一个位置，所以需要有两个字段记录当前读和写的下标位置
    sendx    uint   // 已发送元素在循环数组中的索引	
    recvx    uint   // 已接收元素在循环数组中的索引
    
    //当循环数组中没有数据时，收到了接收请求，那么接收数据的变量地址将会写入读等待队列
    //当循环数组中数据已满时，收到了发送请求，那么发送数据的变量地址将写入写等待队列
    recvq    waitq  // 读等待队列		//取货的人排的队
    sendq    waitq  // 写等待队列		//进站的货物排的队
    
    
    lock mutex //互斥锁，保证读写channel时不存在并发竞争问题
}

可以看出hchan结构体的主要组成部分有四个：

buf：用来保存goroutine之间传递数据的循环链表（实际数据结构是用数组实现的）。
sendx和recvx：用来记录此循环链表当前发送或接收数据的下标值。
sendq 和 recvq：用于保存向该chan发送和从改chan接收数据的goroutine的队列。
lock：保证channel写入和读取数据时线程安全的锁。

其中无缓冲区的channel只用得上sendq、recvq、lock，有缓冲区的channel全部需要。

这时就可以看到有缓冲区和无缓冲区的channel的一些区别了：

有缓冲区的channel和无缓冲区的channel最大的区别就是有无缓冲区（狗头）, 缓冲区的作用是记录当前channel中还存在的数据。当缓冲区充足的时候，channel的读写都不会阻塞（具体为当缓冲区不为0时，读操作不会阻塞；当缓冲区不为满时，写操作不会阻塞。）
有缓冲区的channel是异步的。无缓冲区的channel是同步的。可以理解为缓冲区是一个面包货架队列，当货架（缓冲区）没有装满时，厨师做好的面包（数据）会存放到货架，当货架满时，需要等到最前面面包被取走了，留出了空位再存放进货架。而无缓冲区的channel是一个尽职的面包外卖员，必须要将手上的面包交给某个人后，再拿着后续的面包给其他人。

根据面包理论（~~我编的~~ ，有错误欢迎指正）

某channel是一个面包店长，有缓冲区的channel有货架（channel），可以临时存放一些面包（数据）。同时会存在着很多的厨师，每个厨师（发送的channel）都会单独给他做面包（发送数据），而消费者（接收的channel）则会从面包店长那买面包（接收数据）。

没有缓冲区的面包店长就比较惨了，他没有货架。厨师（发送的channel）给他做好了一个面包，他就得充当外卖员，去把这个面包送到消费者（接收的channel）手上。

可以发现存在着一些问题，这些问题也是channel会引发错误的问题。

给一个 nil channel 发送数据，造成永远阻塞。货架或者外卖员存在，面包要给不存在的消费者送过去，即等待不存在的人来收货，就会一直等下去（阻塞）。
从一个 nil channel 接收数据，造成永远阻塞。店面的货架和外卖员都不存在，消费者要等待不存在的人来送货，也会一直等下去（阻塞）。
给一个已经关闭的 channel 发送数据，引起 panic。货架被撤了或者外卖员被裁了，厨师给他们新的面包，他们会很不乐意。所以会报错。
从一个已经关闭的 channel 接收数据，如果缓冲区中为空，则返回一个零值。面包店倒闭了，只会把库存的面包一件件卖完（返回数据和读取成功标识），然后告诉你我现在什么都没有了，跑路了（返回零值和读取失败标识）。外卖员被裁了，但因为他很有责任心，所以会把最后一件面包送到客户手上（返回数据和读取成功标识），然后再有人找他拿面包就会听到他说我被裁了（返回零值和读取失败标识）。

channel 是否线程安全？

是线程安全的，根据hchan的数据结构可以看出来，channel的使用是有互斥锁的。保证了读写操作的原子性。

channel读写流程

读取channel

依旧是面包理论（你现在是消费者，你想要去买个面包）：

消费者（读取channel的channel）去买面包（数据），如果发现面包店排队了（recvq的长度大于零），那消费者需要老老实实跟在后面排队（进入recvq，然后休眠）。然后等店长叫你（唤醒）。
买面包的时候发现没有排队，并且货架上有面包，店长会把做的最早的面包给你（缓冲区头的数据）
买面包的时候发现没有排队，但是货架上没有面包了，你要成为排队的第一个人（进入recvq，然后休眠），等店长叫你。
拿到面包后，结束读取

换成实际的流程就是：

如果等待发送队列sendq不为空，且没有缓冲区，直接从sendq中取出G，把G中数据读出，最后把G唤醒，结束读取过程；
如果等待发送队列sendq不为空，此时说明缓冲区已满，从缓冲区中首部读出数据，把G中数据写入缓冲区尾部，把G唤醒，结束读取过程；
如果缓冲区中有数据，则从缓冲区取出数据，结束读取过程；
将当前goroutine加入recvq，进入睡眠，等待被写goroutine唤醒；

写入channel

面包理论（现在你是厨师辣，你现在刚做好了一个面包）：

厨师（写入该channel的channel）做好了一个面包（准备发送数据），首先你看了一下有没有排队的人（recvq的长度大于0），如果有的话你把你做好的面包给店长，店长会叫醒排队的第一个人（唤醒等待的channel），然后把面包直接给他。
如果没有排队的人，你就会看看货架，如果货架没有满，你就把你的面包放到了货架的最后的面包的后面（存入缓冲区）
如果货架满了，你就需要去排厨师的队了（存入sendq，睡眠），等到店长提醒你货架有空位（唤醒）。

换成实际的流程就是：