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GO通道和 sync 包的分享

go通道和sync包.jpg

我們一起回顧一下上次分享的內(nèi)容：

• GO協(xié)程同步若不做限制的話，會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)競(jìng)態(tài)的問(wèn)題
• 我們用鎖的方式來(lái)解決如上問(wèn)題霹粥，根據(jù)使用場(chǎng)景選擇使用互斥鎖 和 讀寫鎖
• 比使用鎖更好的方式是原子操作灭将，但是使用go的 sync/atomic需要小心使用疼鸟，因?yàn)樯婕皟?nèi)存

要是對(duì)GO的鎖和原子操作還感興趣的話后控，歡迎查看文章GO的鎖和原子操作分享

上次我們分享到鎖和原子操作，都可以保證共享數(shù)據(jù)的讀寫

可是空镜，他們還是會(huì)影響性能浩淘，不過(guò)，Go 為開(kāi)發(fā)這提供了 通道 這個(gè)神器

今天我們來(lái)分享一下Go中推薦使用的其他同步方法吴攒，通道和 sync 包

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通道是什么张抄？

是一種特殊的類型，是連接并發(fā)goroutine的管道

channel 通道是可以讓一個(gè) goroutine 協(xié)程發(fā)送特定值到另一個(gè) goroutine 協(xié)程的通信機(jī)制洼怔。

通道像一個(gè)傳送帶或者隊(duì)列署惯，總是遵循先入先出（First In First Out）的規(guī)則，保證收發(fā)數(shù)據(jù)的順序镣隶，這一點(diǎn)和管道是一樣的

一個(gè)協(xié)程從通道的一頭放入數(shù)據(jù)极谊，另一個(gè)協(xié)程從通道的另一頭讀出數(shù)據(jù)

每一個(gè)通道都是一個(gè)具體類型的導(dǎo)管，聲明 channel 的時(shí)候需要為其指定元素類型安岂。

通道能做什么轻猖？

控制協(xié)程的同步，讓程序有序運(yùn)行

GO 中提倡 不要通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)通信域那，而通過(guò)通信來(lái)共享內(nèi)存

goroutine協(xié)程 是 Go 程序并發(fā)的執(zhí)行體咙边，channel 通道就是它們之間的連接，他們之間的橋梁次员，他們的交通樞紐

通道有哪幾種败许？

大致可分為如下三種：

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• 無(wú)緩沖通道
• 有緩沖的通道
• 單向通道

無(wú)緩沖通道

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無(wú)緩沖的通道又稱為阻塞的通道

無(wú)緩沖通道上的發(fā)送操作會(huì)阻塞，直到另一個(gè)goroutine在該通道上執(zhí)行接收操作淑蔚，這時(shí)值才能發(fā)送成功

兩個(gè) goroutine 協(xié)程將繼續(xù)執(zhí)行

我們反過(guò)來(lái)看市殷，如果接收操作先執(zhí)行，接收方的goroutine將阻塞束倍，直到另一個(gè) goroutine 協(xié)程在該通道上發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)

因此被丧，無(wú)緩沖通道也被稱為同步通道，因?yàn)槲覀兛梢允褂脽o(wú)緩沖通道進(jìn)行通信绪妹，利用發(fā)送和接收的 goroutine 協(xié)程同步化

有緩沖的通道

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還是上述提到的甥桂，有緩沖通道，就是在初始化 / 創(chuàng)建通道 的 make 函數(shù)的第 2 個(gè)參數(shù)填上我們所期望的緩沖區(qū)大小 邮旷， 例如：

ch1 := make(chan int , 4)

此時(shí)黄选，該通道的容量為4，發(fā)送方可以一直向通道中發(fā)送數(shù)據(jù)，直到通道滿办陷，且通道數(shù)據(jù)未被讀走時(shí)貌夕，發(fā)送方就會(huì)阻塞

只要通道的容量大于零，那么該通道就是有緩沖的通道

通道的容量表示通道中能存放元素的數(shù)量

我們可以使用內(nèi)置的 len函數(shù) 獲取通道內(nèi)元素的數(shù)量民镜，使用 cap函數(shù) 獲取通道的容量

單向通道

通道默認(rèn)是既可以讀有可以寫的啡专，但是單向通道就是要么只能讀，要么只能寫

• chan <- int

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是一個(gè)只能發(fā)送的通道制圈，可以發(fā)送但是不能接收

• <- chan int

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是一個(gè)只能接收的通道们童，可以接收但是不能發(fā)送

如何創(chuàng)建和聲明一個(gè)通道

聲明通道

在 Go 里面，channel是一種類型鲸鹦，默認(rèn)就是一種引用類型

簡(jiǎn)單解釋一下什么是引用：

在我們寫C++的時(shí)候慧库，用到引用會(huì)比較多

引用，顧名思義是某一個(gè)變量或?qū)ο蟮膭e名馋嗜，對(duì)引用的操作與對(duì)其所綁定的變量或?qū)ο蟮牟僮魍耆葍r(jià)

在C++里面是這樣用的：

類型 &引用名=目標(biāo)變量名齐板；

聲明一個(gè)通道

var 變量名 chan 元素類型

var ch1 chan string             // 聲明一個(gè)傳遞字符串?dāng)?shù)據(jù)的通道
var ch2 chan []int              // 聲明一個(gè)傳遞int切片數(shù)據(jù)的通道
var ch3 chan bool               // 聲明一個(gè)傳遞布爾型數(shù)據(jù)的通道
var ch4 chan interface{}        // 聲明一個(gè)傳遞接口類型數(shù)據(jù)的通道

看，聲明一個(gè)通道就是這么簡(jiǎn)單

對(duì)于通道來(lái)說(shuō)葛菇，關(guān)聲明了還不能使用甘磨，聲明的通道默認(rèn)是其對(duì)應(yīng)類型的零值，例如

• int 類型 零值 就是 0
• string 類型 零值就是個(gè) 空串
• bool 類型 零值就是 false
• 切片的 零值 就是 nil

我們還需要對(duì)通道進(jìn)行初始化才可以正常使用通道哦

初始化通道

一般是使用 make 函數(shù)初始化之后才能使用通道熟呛，也可以直接使用make函數(shù) 創(chuàng)建通道

例如：

ch5 := make(chan string)
ch6 := make(chan []int)
ch7 := make(chan bool)
ch8 := make(chan interface{})

make 函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)是可以設(shè)置緩沖的大小的宽档，我們來(lái)看看源碼的說(shuō)明

// The make built-in function allocates and initializes an object of type
// slice, map, or chan (only). Like new, the first argument is a type, not a
// value. Unlike new, make's return type is the same as the type of its
// argument, not a pointer to it. The specification of the result depends on
// the type:
// Slice: The size specifies the length. The capacity of the slice is
// equal to its length. A second integer argument may be provided to
// specify a different capacity; it must be no smaller than the
// length. For example, make([]int, 0, 10) allocates an underlying array
// of size 10 and returns a slice of length 0 and capacity 10 that is
// backed by this underlying array.
// Map: An empty map is allocated with enough space to hold the
// specified number of elements. The size may be omitted, in which case
// a small starting size is allocated.
// Channel: The channel's buffer is initialized with the specified
// buffer capacity. If zero, or the size is omitted, the channel is
// unbuffered.
func make(t Type, size ...IntegerType) Type

如果 make 函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)不填，那么就默認(rèn)是無(wú)緩沖的通道

現(xiàn)在我們來(lái)看看如何操作 channel 通道庵朝，都可以怎么玩

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如何操作 channel

通道的操作有如下三種操作：

• 發(fā)送（send）
• 接收(receive）
• 關(guān)閉（close）

對(duì)于發(fā)送和接收通道里面的數(shù)據(jù)吗冤，寫法就比較形象，使用 <- 來(lái)指向是從通道里面讀取數(shù)據(jù)九府，還是從通道中發(fā)送數(shù)據(jù)

向通道發(fā)送數(shù)據(jù)

// 創(chuàng)建一個(gè)通道
ch := make(chan int)
// 發(fā)送數(shù)據(jù)給通道
ch <- 1

我們看到箭頭的方向是椎瘟，1 指向了 ch 通道，所以不難理解侄旬，這是將1 這個(gè)數(shù)據(jù)肺蔚，放入通道中

從通道中接收數(shù)據(jù)

num := <-ch

不難看出，上述代碼是 ch 指向了一個(gè)需要初始化的變量儡羔，也就是說(shuō)宣羊，從 ch 中讀出一個(gè)數(shù)據(jù)，賦值給 num

我們從通道中讀出數(shù)據(jù)汰蜘，也可以不進(jìn)行賦值仇冯，直接忽略也是可以的，如：

<-ch

關(guān)閉通道

Go中提供了 close 函數(shù)來(lái)關(guān)閉通道

close(ch)

對(duì)于關(guān)閉通道非常需要注意族操，用不好直接導(dǎo)致程序崩潰

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• 只有在通知接收方 goroutine 協(xié)程所有的數(shù)據(jù)都發(fā)送完畢的時(shí)候才需要關(guān)閉通道

• 通道是可以被垃圾回收機(jī)制回收的苛坚，它和關(guān)閉文件是不一樣的膘掰，在結(jié)束操作之后關(guān)閉文件是必須要做的秧耗，但關(guān)閉通道不是必須的

關(guān)閉后的通道有以下 4 個(gè)特點(diǎn)：

• 對(duì)一個(gè)關(guān)閉的通道再發(fā)送值就會(huì)導(dǎo)致 panic
• 對(duì)一個(gè)關(guān)閉的通道進(jìn)行接收會(huì)一直獲取值直到通道為空
• 對(duì)一個(gè)關(guān)閉的并且沒(méi)有值的通道執(zhí)行接收操作會(huì)得到對(duì)應(yīng)類型的零值
• 關(guān)閉一個(gè)已經(jīng)關(guān)閉的通道會(huì)導(dǎo)致 panic

通道異常情況梳理

我們來(lái)整理一下對(duì)于通道會(huì)存在的異常：

每一種通道的DEMO實(shí)戰(zhàn)

無(wú)緩沖通道

func main() {
   // 創(chuàng)建一個(gè)無(wú)緩沖的，數(shù)據(jù)類型 為 int 類型的通道
   ch := make(chan int)
   // 向通道中寫入 數(shù)字 1
   ch <- 1
   fmt.Println("send successfully ... ")
}

執(zhí)行上述代碼我們可以查看到效果

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
        F:/my_channel/main.go:9 +0x45
exit status 2

出現(xiàn)上述報(bào)錯(cuò) deadlock 錯(cuò)誤的原因愁茁，細(xì)心的小伙伴應(yīng)該能夠知道為什么银还，我上述有提到

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我們使用 ch := make(chan int) 創(chuàng)建的是無(wú)緩沖的通道

無(wú)緩沖的通道只有在有接收方接收值的時(shí)候才能發(fā)送數(shù)據(jù)成功

我們可以想一下我們生活中的案例一樣：

你在某東上買了一個(gè)稍微貴重一點(diǎn)的物品熬词，某東快遞人員給你寄快遞的時(shí)候惫搏，打電話給你剥哑，必須要送到你的手上，不然不敢簽收涯贞，這個(gè)時(shí)候枪狂，你不方便，或者你不簽收宋渔，那么這個(gè)快遞就是算作沒(méi)有寄送成功

因此，上述問(wèn)題原因是辜限，創(chuàng)建了一個(gè)無(wú)緩沖通道皇拣，發(fā)送方一直在阻塞，通道中一直未有協(xié)程讀取數(shù)據(jù)薄嫡，導(dǎo)致死鎖

我們的解決辦法就是創(chuàng)建另外一個(gè)協(xié)程氧急，將數(shù)據(jù)從通道中讀出來(lái)即可

package main

import "fmt"

func recvData(c chan int) {
    ret := <-c
    fmt.Println("recvData successfully ... data = ", ret)
}

func main() {
    // 創(chuàng)建一個(gè)無(wú)緩沖的，數(shù)據(jù)類型 為 int 類型的通道
    ch := make(chan int)
    go recvData(ch)
    // 向通道中寫入 數(shù)字 1
    ch <- 1
    fmt.Println("send successfully ... ")
}

這里需要注意毫深，如果 go recvData(ch) 放在了 ch <- 1 之后吩坝，那么結(jié)果還是一樣的死鎖，原因還是因?yàn)? ch <- 1 會(huì)一直阻塞哑蔫，根本不會(huì)執(zhí)行到 他之后的語(yǔ)句

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實(shí)際效果

recvData successfully ... data =  1
send successfully ...

有緩沖通道

func main() {
   // 創(chuàng)建一個(gè)無(wú)緩沖的钉寝，數(shù)據(jù)類型 為 int 類型的通道
   ch := make(chan int , 1)
   // 向通道中寫入 數(shù)字 1
   ch <- 1
   fmt.Println("send successfully ... ")
}

還是同樣的案例，同樣的代碼闸迷，我們只是把無(wú)緩沖通道嵌纲，換成了有緩沖的通道， 我們?nèi)匀徊粚ｉT開(kāi)協(xié)程讀取通道的數(shù)據(jù)

實(shí)際效果 腥沽， 發(fā)送成功
$$

$$

send successfully ...

因?yàn)榇藭r(shí)通道中的緩沖是1逮走，第一次向通道中發(fā)送數(shù)據(jù)，不會(huì)阻塞今阳，

可是如果师溅，在通道中數(shù)據(jù)還未讀取出去之前，又向通道中寫入數(shù)據(jù)盾舌，則此處會(huì)阻塞墓臭，

若一直沒(méi)有協(xié)程從通道中讀取數(shù)據(jù)，則結(jié)果與上述一樣矿筝，會(huì)死鎖

單向通道

package main

import "fmt"

func OnlyWriteData(out chan<- int) {
   // 單向 通道 起便， 只寫 不能讀
   for i := 0; i < 10; i++ {
      out <- i
   }
   close(out)
}

func CalData(out chan<- int, in <-chan int) {
   // out 單向 通道 ， 只寫 不能讀
   // int 單向 通道 ， 只讀 不能寫

   // 遍歷 讀取in 通道榆综，若 in通道 數(shù)據(jù)讀取完畢妙痹，則阻塞，若in 通道關(guān)閉鼻疮，則退出循環(huán)
   for i := range in {
      out <- i + i
   }
   close(out)
}
func myPrinter(in <-chan int) {
   // 遍歷 讀取in 通道怯伊，若 in通道 數(shù)據(jù)讀取完畢，則阻塞判沟，若in 通道關(guān)閉耿芹，則退出循環(huán)
   for i := range in {
      fmt.Println(i)
   }
}

func main() {
   // 創(chuàng)建2 個(gè)無(wú)緩沖的通道
   ch1 := make(chan int)
   ch2 := make(chan int)


   go OnlyWriteData(ch1)
   go CalData(ch2, ch1)


   myPrinter(ch2)
}

我們模擬 2 個(gè)通道，

• 一個(gè) 只寫 不能讀
• 一個(gè) 只讀 不能寫

實(shí)際效果

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18

關(guān)閉通道

package main

import "fmt"

func main() {
   c := make(chan int)
   
   go func() {
      for i := 0; i < 10; i++ {
         // 循環(huán)向無(wú)緩沖的通道中寫入數(shù)據(jù)挪哄， 只有當(dāng)上一個(gè)數(shù)據(jù)被讀走之后吧秕，下一個(gè)數(shù)據(jù)才能往通道中放
         c <- i
      }
      // 關(guān)閉通道
      close(c)
   }()
   for {
      // 讀取通道中的數(shù)據(jù)，若通道中無(wú)數(shù)據(jù)迹炼，則阻塞砸彬，若讀到 ok 為false， 則通道關(guān)閉斯入，退出循環(huán)
      if data, ok := <-c; ok {
         fmt.Println(data)
      } else {
         break
      }
   }
   fmt.Println("channel over")
}

再次強(qiáng)調(diào)一下關(guān)閉通道砂碉，demo 的模擬方式與上述的案例基本一致，感興趣的可以自己運(yùn)行看看效果

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看到這里刻两，細(xì)心的小伙伴應(yīng)該可以總結(jié)出增蹭，判斷通道是否關(guān)閉的 2種 方式了吧？

• 讀取通道的時(shí)候磅摹，判斷bool類型的變量是否為false

例如上述代碼

if data, ok := <-c; ok {
    fmt.Println(data)
} else {
    break
}

判斷 ok 為true滋迈，則正常讀取到數(shù)據(jù)， 若為false 偏瓤，則通道關(guān)閉

• 通過(guò) for range 的方式來(lái)遍歷通道杀怠，若退出循環(huán)，則是因?yàn)橥ǖ狸P(guān)閉

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sync 包

Go 的 sync 包也是用作實(shí)現(xiàn)并發(fā)任務(wù)的同步

還記得嗎厅克，在分享 文章GO的鎖和原子操作分享的時(shí)候赔退，我們就用到過(guò) sync 包

用法大同消息，這里列舉一下 sync 包涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法

• sync.WaitGroup
• sync.Once
• sync.Map

sync.WaitGroup

他是一個(gè)結(jié)構(gòu)體证舟，傳遞的時(shí)候要傳遞指針 硕旗，這里需要注意

他是并發(fā)安全的，內(nèi)部有維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器

涉及的方法：

• (wg * WaitGroup) Add(delta int)

參數(shù)中 傳入的 delta 女责，表示 sync.WaitGroup 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器 + delta

• (wg *WaitGroup) Done()

表示當(dāng)前協(xié)程退出漆枚，計(jì)數(shù)器 -1

• (wg *WaitGroup) Wait()

等待并發(fā)任務(wù)執(zhí)行完畢，此時(shí)的計(jì)數(shù)器為變成 0

sync.Once

他是并發(fā)安全的抵知，內(nèi)部有互斥鎖 和 一個(gè)布爾類型的數(shù)據(jù)

• 互斥鎖 用于加鎖解鎖
• 布爾類型的數(shù)據(jù) 用于記錄初始化是否完成

一般用于在高并發(fā)的場(chǎng)景下只執(zhí)行一次墙基，我們一下子就能想到的場(chǎng)景會(huì)有程序啟動(dòng)時(shí)软族，加載配置文件的場(chǎng)景

針對(duì)類似的場(chǎng)景，Go 也給我們提供了解決方法 残制，即 sync.Once 里面的 Do 方法

• func (o *Once) Do(f func()) {}

Do 方法的參數(shù) 是一個(gè)函數(shù)立砸，可是我們要在該函數(shù)里面?zhèn)鬟f參數(shù)咋整？

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可以使用Go 里面的閉包來(lái)實(shí)現(xiàn) 初茶， 閉包的具體實(shí)現(xiàn)方式颗祝，感興趣的可以深入了解一下

sync.Map

他是并發(fā)安全的，正是因?yàn)?Go 中的 map 是并發(fā)不安全的恼布，因此有了 sync.Map

sync.Map 有如下幾個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：

• 并發(fā)安全
• sync.Map 不需要使用 make 初始化螺戳，直接使用 myMap := sync.Map{} 即可使用 sync.Map 里面的方法

sync.Map 涉及的方法

見(jiàn)名知意

• Store

存入 key 和value

• Load

取出 某個(gè)key 對(duì)應(yīng)的 value

• LoadOrStore

取出 并且 存入 2個(gè)操作

• Delete

刪除key 和 對(duì)應(yīng)的 value

• Range

遍歷所有key 和 對(duì)應(yīng)的 value

總結(jié)

• 通道是什么，通道的種類
• 無(wú)緩沖折汞，有緩沖倔幼，單向通道具體對(duì)應(yīng)什么
• 對(duì)于通道的具體實(shí)踐
• 分享了關(guān)于通道的異常情況整理
• 簡(jiǎn)單分享了sync包的使用

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好了，本次就到這里栗菜，下一次 服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)之 ETCD

技術(shù)是開(kāi)放的欠雌，我們的心態(tài)，更應(yīng)是開(kāi)放的疙筹。擁抱變化富俄，向陽(yáng)而生，努力向前行而咆。

我是小魔童哪吒霍比，歡迎點(diǎn)贊關(guān)注收藏，下次見(jiàn)~