Go語言之通道

上一篇我們講的原子函數和互斥鎖，都可以保證共享數據的讀寫。但是呢，它們還是有點復雜，而且影響性能。對此，Go又為我們提供了一種工具，這就是通道。

所以在多個goroutine并發中，我們不僅可以通過原子函數和互斥鎖保證對共享資源的安全訪問，消除競爭的狀態，還可以通過使用通道，在多個goroutine發送和接受共享的數據，達到數據同步的目的。

通道，它有點像在兩個routine之間架設的管道：一個goroutine可以往這個管道里塞數據，另外一個可以從這個管道里取數據。有點類似于我們說的隊列。

聲明一個通道很簡單，我們使用chan關鍵字即可。除此之外，還要指定通道中發送和接收數據的類型，這樣我們才能知道，要發送什么類型的數據給通道，也知道從這個通道里可以接收到什么類型的數據。

ch:=make(chan int)

通道類型和Map這些類型一樣，可以使用內置的make函數聲明初始化。這里我們初始化了一個chan int類型的通道，所以我們只能往這個通道里發送int類型的數據，當然接收也只能是int類型的數據。

我們知道，通道是用于在goroutine之間通信的，它具有發送和接收兩個操作，而且這兩個操作的運算符都是<-。

ch <- 2 //發送數值2給這個通道
x:=<-ch //從通道里讀取值，并把讀取的值賦值給x變量
<-ch //從通道里讀取值，然后忽略

看例子，慢慢理解發送和接收的用法。發送操作<-在通道的后面，看箭頭方向，表示把數值 2 發送到通道ch里；接收操作<-在通道的前面，而且是一個一元操作符，看箭頭方向，表示從通道ch里讀取數據。讀取的數據可以賦值給一個變量，也可以忽略。

通道我們還可以使用內置的close函數關閉。

close(ch)

如果一個通道被關閉了，我們就不能往這個通道里發送數據了，如果發送的話，會引起painc異常。但是，我們還可以接收通道里的數據，如果通道里沒有數據的話，接收的數據是nil。

剛剛我們使用make函數初始化的時候，只有一個參數，其實make還可以有第二個參數，用于指定通道的大小。默認沒有第二個參數的時候，通道的大小為 0 ，這種通道也被成為無緩沖通道。

ch:=make(chan int)
ch:=make(chan int,0)
ch:=make(chan int,2)

看例子，其中第一個和第二個初始化是等價的。第三個初始化創建了一個大小為 2 的通道，這種稱為有緩沖通道。

無緩沖的通道

無緩沖的通道指的是通道的大小為 0 。也就是說，這種類型的通道在接收前沒有能力保存任何值，它要求發送goroutine和接收goroutine同時準備好，才可以完成發送和接收操作。

從上面無緩沖的通道定義來看，發送goroutine和接收gouroutine必須是同步的。同時準備后，如果沒有同時準備好的話，先執行的操作就會阻塞等待，直到另一個相對應的操作準備好為止。這種無緩沖的通道我們也稱之為同步通道。

func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
            var sum int = 0
            for i := 0; i < 10; i++ {
                sum += i            }
            ch <- sum    }()

    fmt.Println(<-ch)}

在前面的例子中，我們為了演示goroutine，防止程序提前終止，都是使用sync.WaitGroup進行等待。現在的這個例子就不用了，我們使用同步通道來等待。

在計算sum和的goroutine沒有執行完，把值賦給ch通道之前，fmt.Println(<-ch)會一直等待，所以main主goroutine就不會終止。只有當計算和的goroutine完成，并且發送到ch通道的操作準備好后，同時<-ch就會接收計算好的值，然后打印出來。

管道

我們在使用Bash的時候，有個管道操作|。它的意思是把上一個操作的輸出，當成下一個操作的輸入，連起來，做一連串的處理操作。

  ~ ls |grep 'D'
Desktop
Documents
Downloads

比如上面這個例子的意思是，先使用ls命令，把當前目錄下的目錄和文件列出來，作為下一個grep命令的輸入，然后通過grep命令，匹配我們需要顯示的目錄和文件，這里匹配以D開頭的文件名或者目錄名。

其實我們使用通道也可以做到管道的效果，我們只需要把一個通道的輸出，當成下一個通道的輸入即可。

func main() {
    one := make(chan int)
    two := make(chan int)
    go func() {
        one<-100
    }()
    go func() {
        v:=<-one
        two<-v    }()

    fmt.Println(<-two)}

這里例子中我們定義兩個通道one和two，然后按照順序，先把 100 發送給通道one，然后用另外一個goroutine從one接收值，再發送給通道two，最終在主goroutine里等著接收打印two通道里的值。這就類似于一個管道的操作，把通道one的輸出，當成通道two的輸入，類似于接力賽一樣。

有緩沖的通道

有緩沖通道，其實是一個隊列，這個隊列的最大容量就是我們使用make函數創建通道時，通過第二個參數指定的。

ch := make(chan int, 3)

這里創建容量為 3 的、有緩沖的通道。對于有緩沖的通道，向其發送操作就是向隊列的尾部插入元素，接收操作則是從隊列的頭部刪除元素，并返回這個剛剛刪除的元素。

當隊列滿的時候，發送操作會阻塞；當隊列空的時候，接受操作會阻塞。有緩沖的通道，不要求發送和接收操作是同步的，相反可以解耦發送和接收操作。

想知道通道的容量以及里面有幾個元素數據怎么辦？其實和map一樣，使用cap和len函數就可以了。

cap(ch)
len(ch)

cap函數返回通道的最大容量，len函數返回現在通道里有幾個元素。

func mirroredQuery() string {
    responses := make(chan string, 3)
    go func() { responses <- request("asia.gopl.io") }()
    go func() { responses <- request("europe.gopl.io") }()    
    go func() { responses <- request("americas.gopl.io") }()    
    return <-responses // return the quickest response}func request(hostname string) (response string) { /* ... */ }

這是Go語言圣經里比較有意義的一個例子，例子是想獲取服務端的一個數據，不過這個數據在三個鏡像站點上都存在，這三個鏡像分散在不同的地理位置，而我們的目的又是想最快地獲取數據。

所以這里，我們定義了一個容量為 3 的通道responses，然后同時發起 3 個并發goroutine向這三個鏡像獲取數據，獲取到的數據發送到通道responses中，最后我們使用return <-responses返回獲取到的第一個數據，也就是最快返回的那個鏡像的數據。

單向通道

有時候，我們有一些特殊場景，比如限制一個通道只可以接收，但是不能發送；有時候限制一個通道只能發送，但是不能接收，這種通道我們稱為單向通道。

定義單向通道也很簡單，只需要在定義的時候，帶上<-即可。

var send chan<- int //只能發送
var receive <-chan int //只能接收

注意<-操作符的位置，在后面是只能發送，對應發送操作；在前面是只能接收，對應接收操作。

單向通道應用于函數或者方法的參數比較多，比如：

func counter(out chan<- int) {
}

例子這樣的，只能進行發送操作，防止使用接收操作。如果使用了接收操作，在編譯的時候就會報錯的。

使用通道可以很簡單地在goroutine之間共享數據，下一篇會具體介紹一些例子，以便更好地理解并發。