一文读透GO语言的通道

channel是GO语言并发体系中的主推的通信机制，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。
channel是一种特殊的类型是保证协程安全的，也就是在任何时候，同时只能有一个 goroutine 访问通道进行发送和获取数据。而且遵循先入先出（First In First Out）的规则，保证收发数据的顺序。这两个特性是channel可以产生共享内存功能的重要原因。。读完这一讲，下面我们就可以继续我们的例子，开始GO语言并发的实战了
一、通道的声明
1.经典方式声明
通过使用chan类型，其声明方式如下：
var name chan type
其中type表示通道内的数据类型；name：通道的变量名称，不过这样创建的通道只是空值 nil，一般来说都是通道都是通过make函数创建的。
2.make方式
make函数可以创建通道格式如下：
name := make(chan type)
3.创建带有缓冲的通道
后面会讲到缓冲通道的概念，这里先说他的定义方式
name := make(chan type, size)
其中type表示通道内的数据类型；name：通道的变量名称，size代表缓冲的长度。
二、通道的数据收发
1. 通道的数据发送
通道的发送的操作符<-，将数据通过通道发送的格式为：
chan <- value
注意，如果将数据发送至一个无缓冲的通道中，如果数据一直都没有接收，那么发送操作将持续阻塞。但是GO的编译器能够发现明显的错误，比如
ch := make(chan int) // 创建一个整型通道
ch <- 0// 尝试将0通过通道发送
编译时会报错：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
2.通道的数据接收
通道接收数据的操作符也是<-，具体有以下几种方式
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。
如需要忽略接收的数据，则将data变量省略，具体格式如下：
<-ch
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
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。一般只配合select语句配合定时器做超时检测时使用。
三、channel的超时检测
Go语言没有提供直接的超时处理机制，一般使用select关键字来设置超时。Select虽然不是专为超时而设计的，却能很方便的解决超时问题，因为select的特点是只要其中有一个 case 已经完成，程序就会继续往下执行，而不会考虑其他 case 的情况。select 的用法与 switch 语言非常类似，由 select 开始一个新的选择块，每个选择条件由 case 语句来描述。
但是与switch 语句相比，select 有比较多的限制，其中最大的一条限制就是每个 case 语句里必须是一个 IO 操作，结构如下：

select {case <-chan1:// 如果chan1成功读到数据，则进行该case处理语句case chan2 <- 1:// 如果成功向chan2写入数据，则进行该case处理语句default:// 如果上面都没有成功，则进入default处理流程
}

比如在示例代码中，我们创建了一个用于传数据的channel，和一个用于超时退出的通道quit，并使用select来接收channel的数据，其中如果程序运行到3s时，退出通道会被置为true，这时<-quit不再阻塞，主goroutine退出。

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {ch := make(chan int)    //设置一个传送数据的channelquit := make(chan bool) //设置一个超时传送的channel//新开一个协程go func() {for {select {case num := <-ch: //如果收到传输能道ch中的值则打印.fmt.Println("num = ", num)case <-time.After(3 * time.Second): //如果达到3秒则认定超时fmt.Println("超时")quit <- true //将quit通道置为true}}}() //别忘了()for i := 0; i < 5; i++ {ch <- itime.Sleep(time.Second)}<-quit //当超时quit将不再阻塞,主协和将会退出fmt.Println("程序结束")/*运行结果为num =  0num =  1num =  2num =  3num =  4超时程序结束*/
}

四、通道数据收发的注意事项
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.每次只接收一个元素。
第4节深入理解GO语言中的channel
GO语言中的有关chan的代码位置在GOPATH\src\runtime\chan.go，阅读代码可以发现channel 内部就是一个带锁的队列。
1.基本数据结构

type hchan struct {qcount   uint           // 队列中数据个数dataqsiz uint           // channel 大小buf      unsafe.Pointer // 存放数据的环形数组elemsize uint16         // channel 中数据类型的大小closed   uint32         // 表示 channel 是否关闭elemtype *_type // 元素数据类型sendx    uint   // send 的数组索引recvx    uint   // recv 的数组索引recvq    waitq  // 由 recv 行为（也就是 <-ch）阻塞在 channel 上的 goroutine 队列sendq    waitq  // 由 send 行为 (也就是 ch<-) 阻塞在 channel 上的 goroutine 队列// lock protects all fields in hchan, as well as several// fields in sudogs blocked on this channel.//// Do not change another G's status while holding this lock// (in particular, do not ready a G), as this can deadlock// with stack shrinking.    lock mutex
}

如果是一个无缓冲的chan只需要用一个 lock来确保无竞争冲突。而带缓冲的chan其实就是一个环形队列，通过sendx 和 recvx 分别用来记录发送、接收的位置。
2.数据发送的实现
其实数据发送和接收的逻辑比类似，这里我们只举数据发送的例子。

func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {if c == nil {//正确性检查if !block {return false}gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2)throw("unreachable")}if debugChan {print("chansend: chan=", c, "\n")}if raceenabled {racereadpc(c.raceaddr(), callerpc, funcPC(chansend))//重置竞争标志位}// Fast path: check for failed non-blocking operation without acquiring the lock.//// After observing that the channel is not closed, we observe that the channel is// not ready for sending. Each of these observations is a single word-sized read// (first c.closed and second c.recvq.first or c.qcount depending on kind of channel).// Because a closed channel cannot transition from 'ready for sending' to// 'not ready for sending', even if the channel is closed between the two observations,// they imply a moment between the two when the channel was both not yet closed// and not ready for sending. We behave as if we observed the channel at that moment,// and report that the send cannot proceed.//// It is okay if the reads are reordered here: if we observe that the channel is not// ready for sending and then observe that it is not closed, that implies that the// channel wasn't closed during the first observation.if !block && c.closed == 0 && ((c.dataqsiz == 0 && c.recvq.first == nil) ||(c.dataqsiz > 0 && c.qcount == c.dataqsiz)) {return false//如果队列被关闭等情况，返回错误}var t0 int64if blockprofilerate > 0 {t0 = cputicks()}lock(&c.lock)if c.closed != 0 {unlock(&c.lock)panic(plainError("send on closed channel"))}if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil {// Found a waiting receiver. We pass the value we want to send// directly to the receiver, bypassing the channel buffer (if any).send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3)return true}if c.qcount < c.dataqsiz {// Space is available in the channel buffer. Enqueue the element to send.qp := chanbuf(c, c.sendx)if raceenabled {raceacquire(qp)racerelease(qp)}typedmemmove(c.elemtype, qp, ep)c.sendx++if c.sendx == c.dataqsiz {c.sendx = 0}c.qcount++unlock(&c.lock)return true}if !block {unlock(&c.lock)return false}// Block on the channel. Some receiver will complete our operation for us.gp := getg()mysg := acquireSudog()mysg.releasetime = 0if t0 != 0 {mysg.releasetime = -1}// No stack splits between assigning elem and enqueuing mysg// on gp.waiting where copystack can find it.mysg.elem = epmysg.waitlink = nilmysg.g = gpmysg.isSelect = falsemysg.c = cgp.waiting = mysggp.param = nilc.sendq.enqueue(mysg)goparkunlock(&c.lock, waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 3)// Ensure the value being sent is kept alive until the// receiver copies it out. The sudog has a pointer to the// stack object, but sudogs aren't considered as roots of the// stack tracer.KeepAlive(ep)// someone woke us up.if mysg != gp.waiting {throw("G waiting list is corrupted")}gp.waiting = nilif gp.param == nil {if c.closed == 0 {throw("chansend: spurious wakeup")}panic(plainError("send on closed channel"))}gp.param = nilif mysg.releasetime > 0 {blockevent(mysg.releasetime-t0, 2)}mysg.c = nilreleaseSudog(mysg)return true
}

我们看到在发送数据时，首先获取lock，然后进行竞争检查、指针检查等，然后更新读写位置，记录数据，并释放锁，如果，当前hchan.buf 无可用空间，则将操作阻塞。
所以从本质上讲channel就是一个基于锁的循环队列。

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