Golang并发编程-Channel的使用场景总结

本文主要是介绍Golang并发编程-Channel的使用场景总结，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

Channel是Go中重要且独特的一种并发编程原语，借助其线程安全和阻塞的特性，可以实现信息传递、信号通知、互斥锁、任务编排等场景。

一.信号传递

有 4 个 goroutine，编号为 1、2、3、4。每秒钟会有一个 goroutine 打印出它自己的编号，要求你编写程序，让输出的编号总是按照 1、2、3、4、1、2、3、4……这个顺序打印出来。
为了实现顺序的数据传递，我们可以定义一个令牌的变量，谁得到令牌，谁就可以打印一次自己的编号，同时将令牌传递给下一个 goroutine。

type Token struct{}

func newWorker(id int, ch chan Token, nextCh chan Token) {
    for {
        token := <-ch         // 取得令牌
        fmt.Println((id + 1)) // id从1开始
        time.Sleep(time.Second)
        nextCh <- token
    }
}
func main() {
    chs := []chan Token{make(chan Token), make(chan Token), make(chan Token), make(chan Token)}

    // 创建4个worker
    for i := 0; i < 4; i++ {
        go newWorker(i, chs[i], chs[(i+1)%4])
    }

    //首先把令牌交给第一个worker
    chs[0] <- struct{}{}
  
    select {}
}

首先定义一个令牌类型（Token），接着定义一个创建 worker 的方法，这个方法会从它自己的 chan 中读取令牌。哪个 goroutine 取得了令牌，就可以打印出自己编号，因为需要每秒打印一次数据，所以，我们让它休眠 1 秒后，再把令牌交给它的下家。这类场景有一个特点，就是当前持有数据的 goroutine 都有一个信箱，信箱使用 chan 实现，goroutine 只需要关注自己的信箱中的数据，处理完毕后，就把结果发送到下一家的信箱中。

二.信号通知

chan 类型有这样一个特点：chan 如果为空，那么，receiver 接收数据的时候就会阻塞等待，直到 chan 被关闭或者有新的数据到来。利用这个机制，我们可以实现 wait/notify 的设计模式。传统的并发原语 Cond 也能实现这个功能。但是，Cond 使用起来比较复杂，容易出错，而使用 chan 实现 wait/notify 模式，就方便多了。
比如，使用 chan 实现程序的 graceful shutdown，在退出之前执行一些连接关闭、文件 close、缓存落盘等一些动作。

func main() {
  go func() {
      ...... // 执行业务处理
    }()

  // 处理CTRL+C等中断信号
  termChan := make(chan os.Signal)
  signal.Notify(termChan, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
  <-termChan 

  // 执行退出之前的清理动作
    doCleanup()
  
  fmt.Println("优雅退出")
}

有时候，doCleanup 可能是一个很耗时的操作，比如十几分钟才能完成，如果程序退出需要等待这么长时间，用户是不能接受的，所以，在实践中，我们需要设置一个最长的等待时间。只要超过了这个时间，程序就不再等待，可以直接退出。所以，退出的时候分为两个阶段：closing，代表程序退出，但是清理工作还没做；closed，代表清理工作已经做完。

func main() {
    var closing = make(chan struct{})
    var closed = make(chan struct{})

    go func() {
        // 模拟业务处理
        for {
            select {
            case <-closing:
                return
            default:
                // ....... 业务计算
                time.Sleep(100 * time.Millisecond)
            }
        }
    }()

    // 处理CTRL+C等中断信号
    termChan := make(chan os.Signal)
    signal.Notify(termChan, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
    <-termChan

    close(closing)
    // 执行退出之前的清理动作
    go doCleanup(closed)

    select {
    case <-closed:
    case <-time.After(time.Second):
        fmt.Println("清理超时，不等了")
    }
    fmt.Println("优雅退出")
}

func doCleanup(closed chan struct{}) {
    time.Sleep((time.Minute))
    close(closed)
}

三.互斥锁

使用 chan 也可以实现互斥锁。在 chan 的内部实现中，就有一把互斥锁保护着它的所有字段。从外在表现上，chan 的发送和接收之间也存在着 happens-before 的关系，保证元素放进去之后，receiver 才能读取到。先初始化一个 capacity 等于 1 的 Channel，然后再放入一个元素。这个元素就代表锁，谁取得了这个元素，就相当于获取了这把锁。

// 使用chan实现互斥锁
type Mutex struct {
    ch chan struct{}
}

// 使用锁需要初始化
func NewMutex() *Mutex {
    mu := &Mutex{make(chan struct{}, 1)}
    mu.ch <- struct{}{}
    return mu
}

// 请求锁，直到获取到
func (m *Mutex) Lock() {
    <-m.ch
}

// 解锁
func (m *Mutex) Unlock() {
    select {
    case m.ch <- struct{}{}:
    default:
        panic("unlock of unlocked mutex")
    }
}

// 尝试获取锁
func (m *Mutex) TryLock() bool {
    select {
    case <-m.ch:
        return true
    default:
    }
    return false
}

// 加入一个超时的设置
func (m *Mutex) LockTimeout(timeout time.Duration) bool {
    timer := time.NewTimer(timeout)
    select {
    case <-m.ch:
        timer.Stop()
        return true
    case <-timer.C:
    }
    return false
}

// 锁是否已被持有
func (m *Mutex) IsLocked() bool {
    return len(m.ch) == 0
}


func main() {
    m := NewMutex()
    ok := m.TryLock()
    fmt.Printf("locked v %v\n", ok)
    ok = m.TryLock()
    fmt.Printf("locked %v\n", ok)
}

用 buffer 等于 1 的 chan 实现互斥锁，在初始化这个锁的时候往 Channel 中先塞入一个元素，谁把这个元素取走，谁就获取了这把锁，把元素放回去，就是释放了锁。元素在放回到 chan 之前，不会有 goroutine 能从 chan 中取出元素的，这就保证了互斥性。

利用 select+chan 的方式，很容易实现 TryLock、Timeout 的功能。具体来说就是，在 select 语句中，我们可以使用 default 实现 TryLock，使用一个 Timer 来实现 Timeout 的功能。

// 后续待补充任务异步处理

这篇关于Golang并发编程-Channel的使用场景总结的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！