Go语言之通道（Channel）

什么是通道

通道（Channel） 是Go语言中用于在多个goroutine之间传递数据的管道。通道具有以下特性：

• 类型安全：通道只能传递一种特定类型的数据。
• 线程安全：通道的操作是原子性的，不需要额外的锁机制。
• 通信顺序：发送和接收操作遵循先进先出的顺序。

通道的主要作用是在线程之间传递消息，实现同步和数据共享。

创建通道

使用内置的 make 函数创建通道：

ch := make(chan 数据类型)

示例：

// 创建一个传递整数的通道
intChan := make(chan int)

// 创建一个传递字符串的通道
stringChan := make(chan string)

发送和接收数据

• 发送数据：使用 ch <- value 将数据发送到通道。
• 接收数据：使用 value := <- ch 从通道接收数据。

示例：

go func() {
    intChan <- 42 // 发送整数 42 到通道
}()

value := <- intChan // 从通道接收整数
fmt.Println(value)   // 输出: 42

注意：

• 发送和接收操作会阻塞，直到另一端准备好。
• 发送操作阻塞，直到接收者接收到数据。
• 接收操作阻塞，直到发送者发送数据。

无缓冲通道与缓冲通道

无缓冲通道

• 定义：没有缓冲区，发送和接收必须同步完成。
• 特性：发送者和接收者必须同时准备好，才能完成数据传递。

示例：

ch := make(chan int) // 无缓冲通道

缓冲通道

• 定义：具有指定容量的缓冲区，可以存储一定数量的数据。
• 特性：
  • 当缓冲区未满时，发送操作不会阻塞。
  • 当缓冲区为空时，接收操作会阻塞。

创建缓冲通道：

ch := make(chan 数据类型, 缓冲容量)

示例：

ch := make(chan int, 5) // 缓冲通道，容量为5

示例用法：

ch := make(chan int, 2)
ch <- 1 // 不阻塞
ch <- 2 // 不阻塞
// ch <- 3 // 阻塞，因为缓冲区已满

fmt.Println(<-ch) // 输出: 1
fmt.Println(<-ch) // 输出: 2

通道的方向

通道可以指定为只发送或只接收，用于限制函数对通道的操作，提高代码的安全性和可读性。

只发送通道

chan<- 数据类型

示例：

func sendData(ch chan<- int) {
    ch <- 100 // 只能发送，不能接收
}

只接收通道

<-chan 数据类型

示例：

func receiveData(ch <-chan int) {
    data := <-ch // 只能接收，不能发送
    fmt.Println(data)
}

通道的关闭

使用内置函数 close 关闭通道，表示不再向通道发送数据。

close(ch)

注意：

• 关闭通道后，再发送数据会导致panic。
• 接收数据时，如果通道已关闭且缓冲区为空，接收操作会返回零值。

检测通道是否关闭：

value, ok := <-ch
if !ok {
    fmt.Println("通道已关闭")
}

使用 select 语句

select 语句用于在多个通道操作中进行选择，类似于 switch，但用于通道的并发操作。

语法：

select {
case <-ch1:
    // 从 ch1 接收到数据
case ch2 <- value:
    // 向 ch2 发送数据
default:
    // 如果没有可用的通道操作，执行默认分支
}

示例：

select {
case msg := <-msgChan:
    fmt.Println("收到消息：", msg)
case sig := <-sigChan:
    fmt.Println("收到信号：", sig)
default:
    fmt.Println("没有可用的通道操作")
}

通道的范围循环

使用 for ... range 可以遍历从通道接收到的数据，直到通道被关闭。

示例：

ch := make(chan int)

go func() {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        ch <- i
    }
    close(ch)
}()

for value := range ch {
    fmt.Println("收到：", value)
}

输出：

收到： 0
收到： 1
收到： 2
收到： 3
收到： 4

通道的阻塞与同步

阻塞行为

• 发送阻塞：发送者在缓冲区已满或无缓冲通道时等待接收者。
• 接收阻塞：接收者在缓冲区为空或无缓冲通道时等待发送者。

使用通道进行同步

通道可以用于在goroutine之间进行同步，确保某些操作在特定时机发生。

示例：

done := make(chan bool)

go func() {
    fmt.Println("任务开始")
    time.Sleep(2 * time.Second)
    fmt.Println("任务完成")
    done <- true // 发送信号，表示完成
}()

<-done // 等待任务完成
fmt.Println("所有任务已完成")

通道状态与操作总结

通道状态 \ 操作	读取 (<- ch)	写入 (ch <-)	关闭 (close(ch))
有缓冲	缓冲区非空：成功读取 缓冲区为空：阻塞	缓冲区未满：成功写入 缓冲区已满：阻塞	正常关闭 （关闭后仍可读取缓冲区中剩余的数据）
无缓冲	阻塞 （当发送方可用时，立即接收数据。）	阻塞 （当接收方可用时，立即发送数据。）	正常关闭 （关闭后接收方会立即收到零值和 false。）
已关闭	读取到零值和 false	panic	panic （再次关闭通道会引发 panic。）
nil	永久阻塞	永久阻塞	panic