Go 语言怎么通过通信共享内存？

frank.

发布于 2023-09-08 16:19:15

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发布于 2023-09-08 16:19:15

文章被收录于专栏：Golang语言开发栈Golang语言开发栈

介绍

Go 语言使用 goroutine 和 channel，可以实现通过通信共享内存。

本文我们介绍 Go 语言怎么通过通信共享内存。

goroutine 和 channel

在了解 Go 语言怎么通过通信共享内存之前。我们需要先了解一些预备知识，即 goroutine 和 channel 是什么？

goroutine ：

goroutine 具有简单的模型：它是与其它 goroutine 并发运行在同一地址空间的函数。

goroutine 是轻量级的，所有消耗几乎就只有栈空间的分配。而且栈最开始是非常小的，所以他们很廉价，仅在需要时才会随着堆空间的分配（和释放）而变化。

摘自「Effective Go - channels[1]」。

注意：goroutine 之所以取名为 goroutine，是因为现有的术语 - 线程、协程、进程等等 - 无法准确传达它的含义。也有些资料将 goroutine 翻译为 Go 协程或 Go 程。

使用 goroutine 也非常简单，在函数或方法前添加 go 关键字，即可在新的 goroutine 中调用它。当调用完成后，该 goroutine 也会安静地退出。

此外，匿名函数也可以在 goroutine 中调用。

关于 goroutine 的实现原理和调度器模型 GPM，感兴趣的读者朋友们可以自行查阅相关资料。

channel：

我们已了解，什么是 goroutine，以及怎么使用 goroutine 调用函数或方法、匿名函数。

但是，想要实现 goroutine 之间的通信，我们还需要了解 channel。

channel 需要使用内置函数 make 分配内存，其结果值充当了对底层数据结构的引用。如果提供了一个可选的参数，它就会为该 channel 设置缓冲区大小，否则，该 channel 则为无缓冲区的 channel。

关于 channel 的实现原理，感兴趣的读者朋友们可以阅读「Golang 语言中的 channel 实现原理」。

需要注意的是，两个 goroutine 之间通过无缓冲区的 channel 通信时，同步交换数据。

作为两个 goroutine 之间的通信管道，向 channel 中发送数据的 goroutine 称为“发送者”，反之，从 channel 中接收数据的 goroutine 称为“接收者”。

通过通信共享内存

我们已经基本了解 Go 语言的 goroutine 和 channel，接下来我们看一下两个 goroutine 之间怎么使用 channel （无缓冲区和缓冲区）进行通信？

无缓冲区 channel：

示例代码：

func main() {
 c := make(chan int) // 定义一个无缓冲区 channel
 go func() {         // 启动一个 goroutine 调用匿名函数
  fmt.Println("启动一个 goroutine 调用匿名函数")
  c <- 1 // 该 goroutine 向 channel 发送一个值（信号）
 }()
 fmt.Println("main 函数")
 out := <-c // main goroutine 从 channel 中接收一个值（信号），再未接收到值（信号）之前，一直阻塞
 fmt.Println(out) // 该打印无实际意义，仅为了读者容易理解
}

阅读上面这段代码，我们定义一个无缓冲区 channel，执行匿名函数的 goroutine 作为发送者，main goroutine 作为接收者。

需要注意的是，无缓冲区 channel，接收者在收到值之前，发送者会一直阻塞。同理，发送者在发送值之前，接收者也会一直阻塞。

缓冲区 channel：

示例代码：

func main() {
  // c := make(chan int) // 无缓冲区 channel
 c := make(chan int, 5) // 缓冲区 channel
 for i := 0; i < 20; i++ {
  c <- 1
  go func() {
   fmt.Println("do something:", i)
   <-c
  }()
 }

 time.Sleep(time.Second * 2) // 为了防止 main goroutine 提前退出
}

阅读上面这段代码，我们定义一个缓冲区大小为 5 的 channel，执行匿名函数的 goroutine 作为接收者，main goroutine 作为发送者。

需要注意的是，该段代码中有 5 个执行匿名函数的 goroutine，即 N 个接收者，1 个发送者（main goroutine）。

我们前面讲过，接收者在收到值之前会一直阻塞，而无缓冲区 channel 在接收者收到值之前，发送者会一直阻塞。

如果我们将上面这段代码中的缓冲区 channel 换成无缓冲区 channel，N - 1 个接收者在接收到值之前，发送者会一直阻塞，发送者阻塞，导致接收者一直接收不到值，也会一直阻塞，从而导致死锁。

上面这段话有些拗口，读者朋友们可以通过运行使用无缓冲区 channel 的代码来帮助自己理解。

我们运行使用缓冲区大小为 5 的 channel 的代码，发现代码可以正常运行，发送者和接收者之间不会产生死锁。

这是因为缓冲区 channel，发送者仅在值被复制到缓冲区之前阻塞，如果缓冲区已满，发送者会一直阻塞，直到某个接收者取出一个值。

回到上面这段示例代码中，执行匿名函数的 N 个 goroutine 作为接收者，在没有收到 main goroutine 发送的数据之前，一直处于阻塞状态，直到作为发送者的 main goroutine 发送数据到缓冲区 channel 中。

读者朋友们如果仔细阅读这段代码，会发现上面这段代码虽然不会产生死锁，但是存在一个 bug。

解决方案可以阅读我们之前的一篇文章「Go 语言使用 goroutine 运行闭包的“坑”」，限于篇幅，我就不在本文中赘述了。

总结

本文我们介绍 Go 语言中，什么是 goroutine 和 channel，其中 channel 分为无缓冲区和缓冲区。