Go 通道（chan）—goroutine之间通信的管道

Go 并发

Go 语言支持并发，我们只需要通过 go 关键字来开启 goroutine 即可。

goroutine 是轻量级线程，goroutine 的调度是由 Golang 运行时进行管理的。

如果说 goroutine 是 Go语言程序的并发体的话，那么 channels 就是它们之间的通信机制。一个 channels 是一个通信机制，它可以让一个 goroutine 通过它给另一个 goroutine 发送值信息。每个 channel 都有一个特殊的类型，也就是 channels 可发送数据的类型。一个可以发送 int 类型数据的 channel 一般写为 chan int。

Go语言提倡使用通信的方法代替共享内存，当一个资源需要在 goroutine 之间共享时，通道在 goroutine 之间架起了一个管道，并提供了确保同步交换数据的机制。声明通道时，需要指定将要被共享的数据的类型。可以通过通道共享内置类型、命名类型、结构类型和引用类型的值或者指针。

在地铁站、食堂、洗手间等公共场所人很多的情况下，大家养成了排队的习惯，目的也是避免拥挤、插队导致的低效的资源使用和交换过程。代码与数据也是如此，多个 goroutine 为了争抢数据，势必造成执行的低效率，使用队列的方式是最高效的，channel 就是一种队列一样的结构。

goroutine 语法格式：

go 函数名( 参数列表 )

go f(x, y, z)

开启一个新的 goroutine:

f(x, y, z)

Go 允许使用 go 语句开启一个新的运行期线程，即 goroutine，以一个不同的、新创建的 goroutine 来执行一个函数。同一个程序中的所有 goroutine 共享同一个地址空间。

package main

import (
        "fmt"
        "time"
)

func say(s string) {
        for i := 0; i < 5; i++ {
                time.Sleep(100 * time.Millisecond)
                fmt.Println(s)
        }
}

func main() {
        go say("world")
        say("hello")
}

结果
world
hello
hello
world
world
hello
hello
world
world
hello

输出的 hello 和 world 是没有固定先后顺序

通道（channel）特性
通道（channel）是用来传递数据的一个数据结构。
Go语言中的通道（channel）是一种特殊的类型。在任何时候，同时只能有一个 goroutine 访问通道进行发送和获取数据。goroutine 间通过通道就可以通信。

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。

通道可用于两个 goroutine 之间通过传递一个指定类型的值来同步运行和通讯。操作符 <- 用于指定通道的方向，发送或接收。如果未指定方向，则为双向通道。

ch <- v    // 把 v 发送到通道 ch
v := <-ch  // 从 ch 接收数据
           // 并把值赋给 v

声明一个通道很简单，我们使用chan关键字即可，通道在使用前必须先创建：

ch := make(chan int)

注意：默认情况下，通道是不带缓冲区的。发送端发送数据，同时必须有接收端相应的接收数据。

使用通道发送数据
通道创建后，就可以使用通道进行发送和接收操作。
1) 通道发送数据的格式
通道的发送使用特殊的操作符<-，将数据通过通道发送的格式为：

通道变量 <- 值

通道变量：通过make创建好的通道实例。
值：可以是变量、常量、表达式或者函数返回值等。值的类型必须与ch通道的元素类型一致。

2) 通过通道发送数据的例子
使用 make 创建一个通道后，就可以使用<-向通道发送数据，代码如下：

// 创建一个空接口通道
ch := make(chan interface{})
// 将0放入通道中
ch <- 0
// 将hello字符串放入通道中
ch <- "hello"

3) 发送将持续阻塞直到数据被接收
把数据往通道中发送时，如果接收方一直都没有接收，那么发送操作将持续阻塞。Go 程序运行时能智能地发现一些永远无法发送成功的语句并做出提示

package main
func main() {
    // 创建一个整型通道
    ch := make(chan int)
    // 尝试将0通过通道发送
    ch <- 0
}

运行代码，报错：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

报错的意思是：运行时发现所有的 goroutine（包括main）都处于等待 goroutine。也就是说所有 goroutine 中的 channel 并没有形成发送和接收对应的代码。

使用通道接收数据
通道接收同样使用<-操作符，通道接收有如下特性：
① 通道的收发操作在不同的两个 goroutine 间进行。
由于通道的数据在没有接收方处理时，数据发送方会持续阻塞，因此通道的接收必定在另外一个 goroutine 中进行。

② 接收将持续阻塞直到发送方发送数据。
如果接收方接收时，通道中没有发送方发送数据，接收方也会发生阻塞，直到发送方发送数据为止。

③ 每次接收一个元素。
通道一次只能接收一个数据元素。

1) 阻塞接收数据
阻塞模式接收数据时，将接收变量作为<-操作符的左值，格式如下：

data := <-ch

执行该语句时将会阻塞，直到接收到数据并赋值给 data 变量。
2) 非阻塞接收数据
使用非阻塞方式从通道接收数据时，语句不会发生阻塞，格式如下：

data, ok := <-ch

data：表示接收到的数据。未接收到数据时，data 为通道类型的零值。
ok：表示是否接收到数据。

非阻塞的通道接收方法可能造成高的 CPU 占用，因此使用非常少。如果需要实现接收超时检测，可以配合 select 和计时器 channel 进行

3) 接收任意数据，忽略接收的数据
阻塞接收数据后，忽略从通道返回的数据

<-ch

执行该语句时将会发生阻塞，直到接收到数据，但接收到的数据会被忽略。这个方式实际上只是通过通道在 goroutine 间阻塞收发实现并发同步。

使用通道做并发同步的写法，可以参考下面的例子：

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    // 构建一个通道
    ch := make(chan int)
    // 开启一个并发匿名函数
    go func() {
        fmt.Println("start goroutine")
        // 通过通道通知main的goroutine
        //匿名 goroutine 即将结束时，通过通道通知 main 的 goroutine，这一句会一直阻塞直到 main 的 goroutine 接收为止
        ch <- 0
        fmt.Println("exit goroutine")
    }()
    fmt.Println("wait goroutine")
    // 等待匿名goroutine
    //开启 goroutine 后，马上通过通道等待匿名 goroutine 结束
    <-ch
    fmt.Println("all done")
}
结果
wait goroutine
start goroutine
exit goroutine
all done

4) 循环接收
通道的数据接收可以借用 for range 语句进行多个元素的接收操作

for data := range ch {
}

通道 ch 是可以进行遍历的，遍历的结果就是接收到的数据。数据类型就是通道的数据类型。通过 for 遍历获得的变量只有一个

使用 for 从通道中接收数据

package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func main() {
    // 构建一个通道
    ch := make(chan int)
    // 开启一个并发匿名函数 将匿名函数并发执行
    go func() {
        // 从3循环到0  用循环生成 3 到 0 之间的数值。
        for i := 3; i >= 0; i-- {
            // 发送3到0之间的数值  将 3 到 0 之间的数值依次发送到通道 ch 中。
            ch <- i
            // 每次发送完时等待  每次发送后暂停 1 秒。
            time.Sleep(time.Second)
        }
    }()
    // 遍历接收通道数据  使用 for 从通道中接收数据。
    for data := range ch {
        // 打印通道数据
        fmt.Println(data)
        // 当遇到数据0时, 退出接收循环  当接收到数值 0 时，停止接收。如果继续发送，由于接收 goroutine 已经退出，没有 goroutine 发送到通道，因此运行时将会触发宕机报错。
        if data == 0 {
                break
        }
    }
}

以下实例通过两个 goroutine 来计算数字之和，在 goroutine 完成计算后，它会计算两个结果的和：

package main

import "fmt"

func sum(s []int, c chan int) {
        sum := 0
        for _, v := range s {
                sum += v
        }
        c <- sum // 把 sum 发送到通道 c
}

func main() {
        s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}

        c := make(chan int)
        go sum(s[:len(s)/2], c)
        go sum(s[len(s)/2:], c)
        x, y := <-c, <-c // 从通道 c 中接收

        fmt.Println(x, y, x+y)
}

结果
-5 17 12

通道缓冲区
通道可以设置缓冲区，通过 make 的第二个参数指定缓冲区大小

ch := make(chan int, 100)

带缓冲区的通道允许发送端的数据发送和接收端的数据获取处于异步状态，就是说发送端发送的数据可以放在缓冲区里面，可以等待接收端去获取数据，而不是立刻需要接收端去获取数据。

不过由于缓冲区的大小是有限的，所以还是必须有接收端来接收数据的，否则缓冲区一满，数据发送端就无法再发送数据了。

注意：如果通道不带缓冲，发送方会阻塞直到接收方从通道中接收了值。如果通道带缓冲，发送方则会阻塞直到发送的值被拷贝到缓冲区内；如果缓冲区已满，则意味着需要等待直到某个接收方获取到一个值。接收方在有值可以接收之前会一直阻塞。

package main

import "fmt"

func main() {
    // 这里我们定义了一个可以存储整数类型的带缓冲通道
        // 缓冲区大小为2
        ch := make(chan int, 2)

        // 因为 ch 是带缓冲的通道，我们可以同时发送两个数据
        // 而不用立刻需要去同步读取数据
        ch <- 1
        ch <- 2

        // 获取这两个数据
        fmt.Println(<-ch)
        fmt.Println(<-ch)
}

结果
1
2

Go 遍历通道与关闭通道
Go 通过 range 关键字来实现遍历读取到的数据，类似于与数组或切片。

v, ok := <-ch

如果通道接收不到数据后 ok 就为 false，这时通道就可以使用 close() 函数来关闭。