go channel 缓冲区最大限制_Java内卷系列之你不得不知的Go并发基础
勾哥:最近跟面试的兄弟们聊,仅仅懂 Java 确实不够。我上周在脉脉上看到有人吐槽:移动端开发开始内卷,面试难度非常高。其实 Java 不也如此么,大数据、人工智能,都要开始了解了。今年冬天真是不好过。。。
不过我还是想先看看 Go,Java 上有些东西用 Go 来实现,效果也不错。看现在趋势,没准儿以后 Go 会代替 Java 也说不定。哎,先学着吧。
协程
Go 语言中没有线程的概念,只有协程(goroutine)。相比线程来说,协程更加轻量,一个程序可以随意启动成千上万个 goroutine。
goroutine 被 Go runtime 所调度,这一点和线程不一样。也就是说,Go 语言的并发是由 Go 自己所调度的,自己决定同时执行多少个 goroutine,什么时候执行哪几个。这些对于我们开发者来说完全透明,只需要在编码的时候告诉 Go 语言要启动几个 goroutine,至于如何调度执行,我们不用关心。
要启动一个 goroutine 非常简单,Go 语言为我们提供了 go 关键字,相比其他编程语言简化了很多,如下面的代码所示:
func main() { go fmt.Println("飞雪无情") fmt.Println("我是 main goroutine") time.Sleep(time.Second)}
这样就启动了一个 goroutine,用来调用 fmt.Println
函数,打印“飞雪无情”。所以这段代码里有两个 goroutine,一个是 main 函数启动的 main goroutine,一个是我自己通过 go 关键字启动的 goroutine。
从示例中可以总结出 go 关键字的语法,如下所示:
go function()
go 关键字后跟一个方法或者函数的调用,就可以启动一个 goroutine,让方法在这个新启动的 goroutine 中运行。
运行以上示例,可以看到如下输出:
我是 main goroutine飞雪无情
从输出结果也可以看出,程序是并发的,go 关键字启动的 goroutine 并不阻塞 main goroutine 的执行,所以我们才会看到如上打印结果。
小提示:示例中的
time.Sleep(time.Second)
表示等待一秒,这里是让 main goroutine 等一秒,不然 main goroutine 执行完毕程序就退出了,也就看不到启动的新 goroutine 中“飞雪无情”的打印结果了。
Channel
那么如果启动了多个 goroutine,它们之间该如何通信呢?这就是 Go 语言提供的 **channel(通道)**要解决的问题。
1. 声明一个 channel
在 Go 语言中,声明一个 channel 非常简单,使用内置的 make
函数即可,如下所示:
ch:=make(chan string)
其中 chan
是一个关键字,表示是 channel
类型。后面的 string
表示 channel
里的数据是 string
类型。通过 channel
的声明也可以看到,chan
是一个集合类型。
定义好 chan
后就可以使用了,一个 chan
的操作只有两种:发送和接收。
接收:获取
chan
中的值,操作符为。
发送:向
chan
发送值,把值放在chan
中,操作符为chan 。
小技巧:这里注意发送和接收的操作符,都是
,只不过位置不同。接收的
操作符在chan
的左侧,发送的操作符在
chan 的右侧。
现在我把上个示例改造下,使用 chan
来代替 time.Sleep
函数的等待工作,如下面的代码所示:
func main() { ch:=make(chan string) go func() { fmt.Println("飞雪无情") ch "goroutine 完成" }() fmt.Println("我是 main goroutine") v:= fmt.Println("接收到的chan中的值为:",v)}
运行这个示例,可以发现程序并没有退出,可以看到 飞雪无情
的输出结果,达到了 time.Sleep
函数的效果,如下所示:
我是 main goroutine飞雪无情接收到的chan中的值为:goroutine 完成
可以这样理解:
- 在上面的示例中,我们在新启动的 goroutine 中向
chan
类型的变量ch
发送值; - 在 main goroutine 中,从变量
ch
接收值,如果ch
中没有值,则阻塞等待到ch
中有值可以接收为止。
为什么程序不会在新的 goroutine 完成之前退出?
因为通过 make
创建的 chan
中没有值,而 main goroutine 又想从 chan
中获取值,获取不到就一直等待,等到另一个 goroutine 向 chan
发送值为止。
channel 有点像在两个 goroutine 之间架设的管道,一个 goroutine 可以往这个管道里发送数据,另外一个可以从这个管道里取数据,有点类似于我们说的队列。
2. 无缓冲 channel
上面的示例中,使用 make 创建的 chan 就是一个无缓冲 channel,它的容量是 0
,不能存储任何数据。所以无缓冲 channel 只起到传输数据的作用,数据并不会在 channel 中做任何停留。这也意味着,无缓冲 channel 的发送和接收操作是同时进行的,它也可以称为同步 channel。
3. 有缓冲 channel
有缓冲 channel 类似一个可阻塞的队列,内部的元素先进先出。通过 make 函数的第二个参数可以指定 channel 容量的大小,进而创建一个有缓冲 channel,如下面的代码所示:
cacheCh:=make(chan int,5)
我创建了一个容量为 5
的 channel,内部的元素类型是 int
,也就是说这个 channel 内部最多可以存放 5 个类型为 int
的元素,如下图所示:
一个有缓冲 channel 具备以下特点:
有缓冲 channel 的内部有一个缓冲队列;
发送操作是向队列的尾部插入元素,如果队列已满,则阻塞等待,直到另一个 goroutine 执行,接收操作释放队列的空间;
接收操作是从队列的头部获取元素并把它从队列中删除,如果队列为空,则阻塞等待,直到另一个 goroutine 执行,发送操作插入新的元素。
因为有缓冲 channel 类似一个队列,可以获取它的容量和里面元素的个数。如下面的代码所示:
cacheCh:=make(chan int,5)cacheCh cacheCh fmt.Println("cacheCh容量为:",cap(cacheCh),",元素个数为:",len(cacheCh))
其中,通过内置函数 cap
可以获取 channel 的容量,也就是最大能存放多少个元素,通过内置函数 len
可以获取 channel 中元素的个数。
小提示:无缓冲 channel 其实就是一个容量大小为
0
的 channel。比如make(chan int,0)
。
4. 关闭 channel
channel 还可以使用内置函数 close
关闭,如下面的代码所示:
close(cacheCh)
如果一个 channel 被关闭了,就不能向里面发送数据了,如果发送的话,会引起 painc
异常。但是还可以接收 channel 里的数据,如果 channel 里没有数据的话,接收的数据是元素类型的零值。
5. 单向 channel
有时候,我们有一些特殊的业务需求,比如限制一个 channel 只可以接收但是不能发送,或者限制一个 channel 只能发送但不能接收,这种 channel 称为单向 channel。
单向 channel 的声明也很简单,只需要在声明的时候带上 操作符即可,如下面的代码所示:
onlySend := make(chanonlyReceive:=make(
注意,声明单向 channel 操作符的位置和上面讲到的发送和接收操作是一样的。
在函数或者方法的参数中,使用单向 channel 的较多,这样可以防止一些操作影响了 channel。
下面示例中的 counter
函数,它的参数 out
是一个只能发送的 channel,所以在 counter
函数体内使用参数 out
时,只能对其进行发送操作,如果执行接收操作,则程序不能编译通过。
unter(out chan //函数内容使用变量out,只能进行发送操作}
6. select+channel 示例
假设要从网上下载一个文件,我启动了 3 个 goroutine 进行下载,并把结果发送到 3 个 channel 中。其中,哪个先下载好,就会使用哪个 channel 的结果。
在这种情况下,如果我们尝试获取第一个 channel 的结果,程序就会被阻塞,无法获取剩下两个 channel 的结果,也无法判断哪个先下载好。这个时候就需要用到多路复用操作了,在 Go 语言中,通过 select
语句可以实现多路复用,其语句格式如下:
select {case i1 = //todocase c2 //tododefault: // default todo}
整体结构和 switch
非常像,都有 case
和 default
,只不过 select
的 case
是一个个可以操作的 channel。
小提示:多路复用可以简单地理解为,N 个 channel 中,任意一个 channel 有数据产生,
select
都可以监听到,然后执行相应的分支,接收数据并处理。
有了 select
语句,就可以实现下载的例子了。如下面的代码所示:
func main() { //声明三个存放结果的channel firstCh := make(chan string) secondCh := make(chan string) threeCh := make(chan string) //同时开启3个goroutine下载 go func() { firstCh "firstCh") }() go func() { secondCh "secondCh") }() go func() { threeCh "threeCh") }() //开始select多路复用,哪个channel能获取到值, //就说明哪个最先下载好,就用哪个。 select { case filePath := fmt.Println(filePath) case filePath := fmt.Println(filePath) case filePath := fmt.Println(filePath) }}func downloadFile(chanName string) string { //模拟下载文件,可以自己随机time.Sleep点时间试试 time.Sleep(time.Second) return chanName+":filePath"}
如果这些 case
中有一个可以执行,select
语句会选择该 case
执行,如果同时有多个 case
可以被执行,则随机选择一个,这样每个 case
都有平等的被执行的机会。如果一个 select
没有任何 case
,那么它会一直等待下去。
总结
在 Go 语言中,提倡通过通信来共享内存,而不是通过共享内存来通信,其实就是提倡通过 channel 发送接收消息的方式进行数据传递,而不是通过修改同一个变量。所以在数据流动、传递的场景中要优先使用 channel,它是并发安全的,性能也不错。
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