golang学习笔记26-管道（Channel）【重要】

本节也是GO核心部分，很重要。
注意：Channel更准确的翻译应该是通道，管道实际上叫Pipeline。当然，在GO中，管道专指Channel。
管道本质上是一个队列，队列是数据结构的内容，这里不做赘述。管道对协程的主要作用是提供安全性：因其先进先出的特性，保证了多个协程操作同一个管道时，不会发生资源抢夺问题。
管道的语法是：var 变量名 chan 管道存放的数据类型。管道是引用类型，且和map一样，必须初始化才能写入数据，即make后才能使用。

一、读写数据

管道用<-取（读）数据，存（写）数据，注意，这里的”读“是取出数据，”写“是存入数据，这都会导致管道长度（不是容量）改变！在没有使用协程的情况下，若没有定义管道长度（定义了管道长度的叫缓冲管道），即空管道，这时就取数据，或满管道时放数据，则go都会报错：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!。这里提到了死锁，也是操作系统的概念。
例：

package mainimport ("fmt"
)func main() {// 定义一个容量为3的管道作为缓冲，避免阻塞ch := make(chan int, 3)// 存入数据ch <- 1ch <- 2ch <- 3fmt.Printf("存入数据后：长度 = %d, 容量 = %d\n", len(ch), cap(ch))// 再次存入数据，由于管道已满，这一行会阻塞程序，除非有数据被取出// ch <- 4 // 取消注释这一行将会导致阻塞，go会报错// 取出数据fmt.Printf("取出数据：%d\n", <-ch)fmt.Printf("取出数据：%d\n", <-ch)fmt.Printf("取出数据：%d\n", <-ch)fmt.Printf("取出数据后：长度 = %d, 容量 = %d\n", len(ch), cap(ch))// 尝试再取数据，管道已空，这会引发阻塞// 如果取消注释下一行，程序将会在此处阻塞，go会报错// fmt.Printf("尝试取出额外的数据：%d\n", <-ch)fmt.Println("程序结束")
}

二、管道的关闭

管道关闭后，就不能向它写数据了，但可以读数据。例：

package mainimport ("fmt"
)func main() {// 创建一个容量为3的缓冲管道ch := make(chan int, 3)// 向管道中写入数据ch <- 10ch <- 20ch <- 30// 关闭管道close(ch)// 尝试再次写入数据会导致运行时错误：panic: send on closed channel// ch <- 40 // 取消注释会导致panic，因为管道已关闭// 读数据，关闭的管道仍然可以读取剩余的数据fmt.Println("从管道读取数据:", <-ch) // 输出 10fmt.Println("从管道读取数据:", <-ch) // 输出 20fmt.Println("从管道读取数据:", <-ch) // 输出 30// 继续读取，管道已空，读取到的是零值fmt.Println("尝试读取空管道的数据:", <-ch) // 输出 0，读取的是通道类型的零值fmt.Println("程序结束")
}

三、管道的遍历

管道由于本质是队列，所以只支持for-range的方式进行遍历，请注意两个细节：
1)对于管道的for-range，只返回value，不返回index
2)在遍历时，如果管道没有关闭，则会出现死锁（deadlock）的错误
3)在遍历时，如果管道已经关闭，则会正常遍历数据，遍历完后，就会退出遍历。

package mainimport "fmt"func main() {ch := make(chan int, 5)// 向管道中写入数据for i := 1; i <= 3; i++ {ch <- i}// 1. 如果管道未关闭，会导致 deadlock 错误// fmt.Println("未关闭管道时遍历：")// for v := range ch {//     fmt.Println(v)// }// 2. 如果管道关闭，遍历会正常结束close(ch)fmt.Println("关闭管道后遍历：")for v := range ch {fmt.Println(v)}// 若管道关闭后，再次写入数据会报错// ch <- 4  // 这里会引发 panic: send on closed channel
}

四、协程和管道协同工作

请完成协程和管道协同工作的案例，具体要求：
1)开启一个writeDatat协程，向管道中写入50个整数.
2)开启一个readData协程，从管道中读取writeData写入的数据。
3)注意：writeData和readDate操作的是同一个管道
4)主线程需要等待writeData和readDate协程都完成工作才能退出

package mainimport ("fmt""sync"
)// 向管道中写入数据的协程
func writeData(ch chan int, wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done() // 协程执行完毕时通知WaitGroupfor i := 1; i <= 50; i++ {ch <- ifmt.Printf("写入数据: %d\n", i)}close(ch) // 写入完成后关闭管道
}// 从管道中读取数据的协程
func readData(ch chan int, wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done() // 协程执行完毕时通知WaitGroupfor data := range ch {fmt.Printf("读取数据: %d\n", data)}
}func main() {// 创建一个大小为10的管道（缓冲区大小可以根据需求调整）ch := make(chan int, 10)// 创建WaitGroup来同步主线程和协程var wg sync.WaitGroup// 启动协程，并设置等待数量为2wg.Add(2)go writeData(ch, &wg)go readData(ch, &wg)// 等待所有协程完成wg.Wait()fmt.Println("所有数据写入和读取完成，程序退出")
}

五、管道的声明

默认情况下，管道是可读可写的，但可以声明为只读或只写。

package mainimport ("fmt"
)func main() {// 创建一个缓冲管道，避免阻塞dataChan := make(chan int, 5)// 声明只写管道var writeChan chan<- int = dataChan// 声明只读管道var readChan <-chan int = dataChan// 向只写管道写入数据for i := 1; i <= 5; i++ {writeChan <- ifmt.Printf("写入数据: %d\n", i)}close(writeChan) // 关闭写入管道// 从只读管道读取数据for value := range readChan {fmt.Printf("读取数据: %d\n", value)}
}

六、select

这个select可不是数据库语言，这是用于解决多个管道的选择问题的，select操作也可以叫做多路复用，可以从多个管道中随机公平地选择一个来执行。注意，这不是switch，switch是顺序选择，这里是随机选择。一些细节：
1.case后面必须进行的是io操作，即case c := <-chan1:，不能是等值，即case c:
2.default防止select被阻塞，加入default

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {chan1 := make(chan int) // 有了select，即便无缓冲也不会阻塞chan2 := make(chan string)go func() {time.Sleep(time.Second * 1)chan1 <- 1}()go func() {time.Sleep(time.Second * 2)chan2 <- "hello"}()select {case v := <-chan1:fmt.Println("intchan:", v)case v := <-chan2:fmt.Println("stringchan:", v)default:fmt.Println("防止阻塞")}
}

上述代码其实不完善，因为无论select之前怎么改，程序都只输出”防止阻塞“，若要执行case，就需要for循环来持续监听管道：

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {// 创建一个缓冲通道chan1 := make(chan int, 1)chan2 := make(chan string, 1)// 启动 goroutine 向 chan1 写入数据go func() {time.Sleep(time.Second * 1)chan1 <- 1}()// 启动 goroutine 向 chan2 写入数据go func() {time.Sleep(time.Second * 2)chan2 <- "hello"}()// 持续监听通道for {select {case v := <-chan1:fmt.Println("intchan:", v) // 如果 chan1 被写入，打印数据return                     // 读取后退出循环case v := <-chan2:fmt.Println("stringchan:", v) // 如果 chan2 被写入，打印数据return                        // 读取后退出循环default:fmt.Println("防止阻塞") // 如果没有通道可读，打印该信息// 等待一段时间，防止立即进入下一循环而输出过多信息time.Sleep(500 * time.Millisecond)}}
}

多次运行你会发现，总是输出第一个协程的信息，但这不违背select随机选取的原则，因为select选取的仅是准备好的通道。由于第二个协程比第一个协程慢1秒，所以总是第一个先准备好。所以想要随机输出协程信息，睡眠时间都改为一样即可，比如1秒，读者可自行尝试，多次运行，结果一定会不同。