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【golang长途旅行第30站】channel管道------解决线程竞争的好手

news 2025/8/25 8:53:23

channel

为什么需要channel

使用全局变量加锁同步来解决goroutine的竞争，可以但不完美

难以精确控制等待时间（主线程无法准确知道所有 goroutine 何时完成）。
全局变量容易引发竞态条件（即使加锁，代码复杂度也会增加）。
不够优雅，Go 更推荐使用 channel 进行通信。

channel基本介绍

channel（通道）是一种用于 goroutine（协程）之间通信和同步的机制。
channel的本质是一个队列，遵循先进先出（FIFO）
channel是有类型的，一种channel只能存储类型与该channel的类型相同的数据
channel是线程安全的，不需要加锁
channel是引用类型，必须初始化make后才能写入数据，未初始化的channel是nil

channel快速入门

channel的声明

var 变量名 chan 数据类型

channel的初始化

var myChan chan int = make(chan int, 2)

发送数据到channel

myChan <- 10
myChan <- 20

此处注意：channel不像map等会自动扩容，channel接收的数据数的最大值在make函数里已经自定义完成了，容量就是一直这么大，不会改变。

从channel接收数据

num := <-myChan
fmt.Println(num)

输出结果：10
此处接收数据不能超出myChan现有的数据量，也就是myChan的长度。

channel的细节

channel中只能存放指定的数据类型
channle的数据放满后，就不能再放入了
channel放满后，如果从channel取出数据后，可以继续放入

<-myChan也是取出了数据，只是没有被接收罢了

在没有使用协程的情况下，如果channel数据取完了，再取，就会报deadlock

易错点

如果想在channel中输入多样的数据类型，就将channel声明成空接口interface{}的类型
代码示例:
func main() {
myChan := make(chan interface{}, 3)
myChan <- 10
myChan <- “sa”
person := Person{“xxx”}
myChan <- person
<-myChan
<-myChan
person2 := <-myChan
// fmt.Printf(“person2的type%T,值%v,name%v”, person2, person2, person2.Name)
person3 := person2.(Person)
fmt.Printf(“person3的type:%T,值:%v,name:%v”, person3, person3, person3.Name)
}
输出结果：person3的typemain.Person,值{xxx},namexxx

唉，为什么要person3 := person2.(Person)呢，直接用fmt.Printf(“person2的type%T,值%v,name%v”, person2, person2, person2.Name)不好吗？
当然不好啦，使用这个代码会报错，会说person2.Name undefined
为什么呢?
因为person2是从channel中读取的interface{}类型，虽然实际值是Person类型，但编译器不知道其具体类型，因此无法直接访问Name字段。
所以要通过person3 := person2.(Person)，提取一个类型断言后的值，将其转换为具体的Person类型，然后才能访问其字段

channel的关闭

发送方可以关闭 channel，表示不再发送数据
内置函数：close(ch)
•关闭后，仍然可以接收数据（直到 channel 为空）。
•向已关闭的 channel 发送数据会 panic。

channel的遍历

通过 for-range 遍历
代码示例：
func main() {
myChan := make(chan int, 3)
myChan <- 10
myChan <- 30
myChan <- 20
close(myChan)
for v := range myChan {
fmt.Printf(“%v\n”, v)
}
}
输出结果：
10
30
20

for range会一直从 ch接收数据，直到 ch被关闭。
如果 ch未关闭，for range会一直阻塞，可能导致死锁。

手动检查 channel 是否关闭
可以用 value, ok := <-ch的方式检查 channel 是否关闭, 如果 channel 关闭，ok 为 false

传统for循环
func main() {
myChan := make(chan int, 3)
myChan <- 10
myChan <- 30
myChan <- 20
len := len(myChan)
for i := 0; i < len; i++ {
fmt.Println(<-myChan)
}
}

也可以正常有序输出，输出结果与for-range一致

channel的阻塞

阻塞是指 goroutine 在 channel 操作上等待，但不会导致整个程序卡死。

从空的 channel 接收数据
向已满的缓冲 channel 发送数据
读比写的操作慢，导致出现(2)情况
写比读的操作慢，导致出现(1)情况

channel的死锁

死锁是指所有 goroutine 都在等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。

所有 goroutine 都在等待 channel
未关闭 channel 导致 for range死锁

使用细节

channel可以声明为只读，或者只写性质

此处只读只写只是一种属性，并不会改变channel的类型，该是chan int 就还是chan int
chan<- int 是只写
<-chan int 是只读

代码示例：
package main

import (
“fmt”
“math/rand”
“time”
)

// 只写通道：用于发送订单
func orderProducer(orderChan chan<- int, doneChan chan<- struct{}) {
defer close(orderChan) // 生产结束后关闭订单通道

for i := 1; i <= 5; i++ {orderID := rand.Intn(1000) + 1000 // 模拟生成订单号fmt.Printf("📦 生成订单 #%d (ID: %d)\n", i, orderID)orderChan <- orderIDtime.Sleep(time.Second) // 模拟生产间隔
}doneChan <- struct{}{} // 发送完成信号

}

// 只读通道：用于处理订单
func orderProcessor(orderChan <-chan int, doneChan chan<- struct{}) {
for orderID := range orderChan { // 自动检测通道关闭
processTime := time.Duration(rand.Intn(1500)) * time.Millisecond
fmt.Printf(“处理订单 ID: %d (耗时: %v)\n”, orderID, processTime)
time.Sleep(processTime)
}

doneChan <- struct{}{} // 发送完成信号

}

func main() {
// 初始化通道（带缓冲）
orderChan := make(chan int, 3) // 订单通道（缓冲3个订单）
doneChan := make(chan struct{}, 2) // 控制通道（缓冲2个信号）

// 启动服务
go orderProducer(orderChan, doneChan) // 订单生产（只写）
go orderProcessor(orderChan, doneChan) // 订单处理（只读）// 等待两个服务完成
for i := 0; i < 2; i++ {<-doneChan
}
fmt.Println("所有订单处理完成")

}

这段代码中，main函数中定义的orderChan是一个chan int 类型，但他可以同时被使用在只读和只写的函数里，这就很大程度上的便于代码的管理，防止误操作。

select解决 channel 阻塞问题
日常中，难以准确判断读取/写入与关闭时机难以掌握，所以提出select，虽然select还是无法关闭channel，但是能防止防止读取/写入时的无限等待
代码示例
for{
select {
case msg := <-ch1:
fmt.Println(“收到 ch1:”, msg)
case msg := <-ch2:
fmt.Println(“收到 ch2:”, msg)
case <-time.After(3 * time.Second): // 超时控制
fmt.Println(“读取超时”)
return
}
}

如果多个 case 的 channel 同时就绪（例如多个 channel 都有数据可读），select会随机选择一个执行（公平调度，避免饥饿问题）
select自动忽略未就绪的 channel（无论是否关闭），无需手动处理。
此处的ch1哪怕没有关闭，也不会报错，而是在无法从ch1取到值后，会暂时将这个case不考虑在执行case内
每次执行 select时都会重新检查所有 case的就绪状态
还有，最后的return不能使用break代替，因为break只能退出select不能退出for循环，所以相当于重新开始了
return其实还可以用之前提到的label来代替，就是给这个for循环一个标签，然后break label就好了 (但是这种方式并不建议，可读性较差)

recover来防止出现因为一个线程的错误导致其它线程无法进行
原错误代码：
package main

import (
“fmt”
“time”
)

// 1. 循环打印 “hello,world”
func sayHello() {
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(“hello,world”)
time.Sleep(1 * time.Second)
}
}

// 2. 测试未初始化的 map（会触发 panic）
func test() {
var myMap map[int]string
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println(err)
}
}()
myMap[0] = “golang” // error: 未初始化的 map 赋值会导致 panic
}

// 3. 主函数（并发执行）
func main() {
go sayHello() // 启动协程
go test() // 启动协程（会崩溃）

// 主线程继续执行
for i := 0; i < 10; i++ {fmt.Printf("main() ok=%d\n", i)time.Sleep(1 * time.Second)
}

}
输出结果：
main() ok=0
hello,world
panic: assignment to entry in nil map

报了panic错误，主线程并没有正常运行

修改代码：
func test() {
var myMap map[int]string
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println(err)
}
}()
myMap[0] = “golang” // error: 未初始化的 map 赋值会导致 panic
}

将错误的test函数加上错误捕获，异常处理

输出结果：
hello,world
assignment to entry in nil map
main() ok=0
main() ok=1
hello,world
hello,world
main() ok=2
hello,world
main() ok=3
hello,world
main() ok=4
hello,world
main() ok=5
main() ok=6
hello,world
hello,world
main() ok=7
main() ok=8
hello,world
hello,world
main() ok=9