2022 iThome 鐵人賽

DAY 13

Software Development

你知道Go是什麼嗎？系列第 13 篇

Day13 - Channel - Golang

14th鐵人賽

羊羹

2022-09-28 11:34:05

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耶，第十三天，昨天講了goroutine，今天就來講channel吧！你說這兩個有什麼關聯？我一開始也想了很久，希望今天的文章可以解釋到

Channel

一種資料型態，類似queue
可以設定大小放入資料，可使用<-將資料放入與取出
內建等待功能，要取或推資料時若channel內沒有東西，程式會等待另一端操作完

建立Channel

ch := make(chan int , n) // 建立 int 型別長度為 n 的 Channel

輸入 / 輸出

使用 <- 來操作資料，想像channel為管道，右進左出，ch<-data為將data放入，<-ch為取出資料

ch := make(chan int , 1)
ch <- 5
fmt.Println(<-ch) // 5

可利用len()與cap()來確認裡面有多少筆資料與容量，

ch := make(chan int , 1)   // (len(ch),cap(ch)) = 0,1
ch <- 5                    // (len(ch),cap(ch)) = 1,1
fmt.Println(<-ch) // 5     // (len(ch),cap(ch)) = 0,1

可以看出5被放入時len=1，取出後len=0

Channel阻塞

Channel在推入與拉出資料時都有可能發生阻塞問題

當資料推入長度1的channel時，在這筆資料拉出之前，其他的ch<-data會被卡住
當ch內沒資料時，<-ch會卡住，直到channel內有資料時才執行

推入資料的等待情境

func main() {
    ch := make(chan int, 1)
    ch <- 1
    ch <- 2
    fmt.Println("Hi")
}

卡在 ch <- 2 這行，程式直接暫停

拉出資料的等待情境

func main() {
    ch := make(chan int)
    fmt.Println(<-ch)
    fmt.Println("Hi")
}

長度為0，資料放不進去，<-ch這邊卡住，又暫停了

使用時機

好啦，那這個像水管一樣的資料型態，什麼時候可以用上？從昨天的goroutine與Race Condition開始講好了。

Race Condition

競爭條件？這是什麼東西，我們先看一下下面的例子

func main() {
    total := 0
	
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func(){
    		total++
    	}()
    }

    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(total)
}

output:

982

輸出怎麼不是1000？其實也不一定是982，每次執行數字都會浮動。那是因為goroutine在為total進行++時，說不定還沒處理完並存成新的total，原先的goroutine就又進入了迴圈並取得了total去做運算，這樣雖然跑了兩次++，但其實total只加了一次，這是多執行續時一定會遇上的問題

帶數字舉例。total此時是50

進入go func去做total=total+1
main又進了迴圈一次，跑go func
由於第一步尚未運算完，因此goroutine2取得的total還是50
goroutine1與goroutine2同時運算完，兩個都回傳total=51

多執行續偶爾會遇到這種變數問題。這就是為什麼上面的答案會與預期有落差。

這在作業系統上稱做Race Condition，有更簡單的例子啦，只是我想結合goroutine一起講，可以查一下其他Race Condition的例子。

為變數上鎖

有種做法是為變數上鎖，當有人在使用時就禁止別人使用，Go可以使用互斥鎖來實做這個方法。

type SafeNumber struct {
    v   int
    mux sync.Mutex // 互斥鎖
}

func main() {
    total := SafeNumber{v:0}    
    
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func(){
    		total.mux.Lock()
    		total.v++
    		total.mux.Unlock()
    	}()
    }
    time.Sleep(time.Second)
    total.mux.Lock()
    fmt.Println(total.v)
    total.mux.Unlock()
}

output:

1000

建立SafeNumber結構，內有sync.Mutex互斥鎖
在每次使用SafeNumber.v的前後都使用Lock、Unlock上鎖與開鎖，確保同一時間只有一執行續在操作變數。

使用Channel

Go提供了channel這個資料型態來完成操作共同變數的功能，Go官方文章說明了這點。

同個例子改成使用channel

func main() {
    ch := make(chan int, 1)
    ch <- 0
    for i := 0; i < 1000; i++ {
    	go func() {
    		ch <- (<-ch + 1)
    	}()
    }
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(<-ch)
}

output:

1000

每一個go func執行順序如下

<-ch 拉出ch內的資料
(<-ch + 1) 將拉出來的資料+1
ch <- (<-ch + 1) 推回ch

因此就算goroutine2趕上了goroutine1，只要goroutine1還沒將資料放回ch，goroutine2就會進入等待期，避免搶奪問題發生

Unbuffered、Buffered Channel

Channel又分為這兩種。Buffered，緩衝區，顧名思義就是有沒有緩衝區的channel而已。在宣告時會一併宣告channel大小，若沒輸入預設長度為0。

Unbuffered Channel: 在使用上若有東西塞入channel，一定要靠另一個goroutine將東西拉出去後才有辦法繼續執行，否則會卡住
Buffered Channel: 可將東西儲存至容量上限，等待另一端將資料取出

使用select

在goroutine進入等待期時使用者是不清楚的，因此可以使用select讓程式在進入等待期時也能有一點輸出。

ch := make(chan string)
    go func() {
    	time.Sleep(time.Second) //模擬費時運算
    	ch <- "FINISH"
    }()

for {
    select {
    case (<-ch): // Channel 中有資料執行此區域
        fmt.Println("main完成")
    return
    default: // Channel 阻塞的話執行此區域
        fmt.Println("waiting...")
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
    }
}