Go语言的channel和死锁

Go语言的channel和死锁

阻塞(同步)channel–不带缓冲区的channel

阻塞channel要点

默认情况下创建的channel是阻塞和不带缓冲区的，例如：

ch1 := make(chan int)  // 创建一个阻塞的不带缓冲区的channel

通过默认方式创建的channel有以下性质：

• 发送操作将会阻塞，直到接收端准备好了。
• 接收操作将会阻塞，直到发送端准备好了。也就是说：若channel中没有数据，接收者将会阻塞。

阻塞channel产生的死锁

• 死锁的例子

先看下面的程序：

package main
import (
    "fmt"
)

func f1(in chan int) {
    fmt.Println(<-in)
}

func main() {
    out := make(chan int)
    out <- 2    // 阻塞，后面的代码不会执行
    go f1(out)  // 这里不会执行
}

执行结果：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

死锁原因分析

为什么会出现死锁呢？分析产生这种错误的原因，有利于我们对死锁的理解。

out := make(chan int)
out <- 2 //执行这一句时，接收端还没有准备好，此时main线程阻塞了
go f1(out)  // 这里不会执行

注意：执行以上两句话时，main协程阻塞，此时不会再往下执行了。由于没有其他goroutine在接收，直接报错。 所以以上程序的 go f1(out) 这一句是不会执行的，即使注释掉也会报同样的错误。

死锁的解决

如何解决该问题呢？就是要保证channel的接收端和发送端的goroutine都能得到执行。针对以上的例子，可以如下修改。

• 方法1

先启动goroutine，让主goroutine后面的代码得以执行，修改的方式如下：

func main() {
    out := make(chan int)
    go f1(out)  // 先启动goroutine，启动后会阻塞在fmt.Println(<-in)中，但主线程继续执行
    out <- 2    // 由于已经启动了goroutine，所以，这句得到了执行
}

• 方法2

接收端和发送端都通过goroutine启动，但这种方式要注意和主线程的同步。

func main() {
    out := make(chan int)
    go func(){out <- 2}()  // 启动goroutine，并阻塞
    go f1(out) // 启动goroutine，接收channel的数据
    time.Sleep(1e9) // 主线程等待1秒，等待所有goroutine都完成自己的工作，但这里需要优化
}

若channel的接收和发送都使用goroutine，则代码的顺序无关紧要。

异步channel–带缓冲区的channel

异步channel基础要点

• 不带缓冲区的channel只能包含一个元素(一条记录)，带缓冲区的channel可以包含多条记录

    n := 100
    ch1 := make(chan string, n)  // 此时的ch1，类似一个消息队列，可以容纳100个string类型的元素

• 向带缓冲区的channel写数据时不会阻塞，直到channel的缓冲区满了
• 从带缓冲区的channel中读数据也不会阻塞，直到缓冲区为空
• 从带缓冲区的channel中读取或写入数据时，是异步的，类比使用消息队列写入和读取数据
• 向带缓冲区的channel中写数据时是FIFO顺序进行的

带缓冲区的channel产生的死锁

产生死锁的代码

func f2(ch chan int) {
    fmt.Println(<-ch)
}

func main() {
    out := make(chan int, 1)  // 创建一个带缓冲区的channel，但只容纳一个元素
    out <- 2    // 向channel中输入一个整数，此时channel满了没有人消费
    out <- 3    // channel已满，此时阻塞

    go f2(out)  // 上一句已阻塞，此句不会执行
}

运行以上程序，可能得到以下结果：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

死锁的原因分析

以上代码创建了一个缓冲区的channel，该channel只能容纳一个元素。当执行out<-2时，此时的channel已经满了。当执行下一句out<-3时，由于此时的channel已经满了，而且没有其他协程消费该channel中的元素，此时阻塞，再也没有机会执行下面的语句，从而产生了死锁。

死锁的解决

• 把channel的缓冲区的容量扩大，让out<-3这一句不会阻塞，代码得以继续往下执行

  out := make(chan int, 10) 

• 把向channel中写入和消费数据都创建成协程，通过协程进行

  func main() {
    out := make(chan int, 10)
    go func(){
        out <- 2
        out <- 3
        }()  // 启动goroutine，并阻塞

    go f1(out) // 启动goroutine，接收channel的数据
      time.Sleep(2e9) // 主线程等待1秒，等待所有goroutine都完成自己的工作
  }

总结

在使用channel时，当向channel写数据时要保证有goroutine能够读出该数据，否则将会发生死锁。同样的道理，当向channel读数据时，要保证有goroutine向channel中写入数据。