讲透Go中的并发接收控制结构Select

开发 后端
在switch语句中,会逐个匹配case语句(可以是值也可以是表达式),一个一个的判断过去,直到有符合的语句存在,执行匹配的语句内容后跳出switch。

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select 与 switch

让我们来复习一下switch语句,在switch语句中,会逐个匹配case语句(可以是值也可以是表达式),一个一个的判断过去,直到有符合的语句存在,执行匹配的语句内容后跳出switch。

  1. func demo(number int){ 
  2.     switch{ 
  3.         case number >= 90: 
  4.         fmt.Println("优秀"
  5.         default
  6.         fmt.Println("太搓了"
  7.     } 

而 select 用于处理通道,它的语法与 switch 非常类似。每个 case 语句里必须是一个 channel 操作。它既可以用于 channel 的数据接收,也可以用于 channel 的数据发送。

  1. func foo() { 
  2.  chanInt := make(chan int
  3.  defer close(chanInt) 
  4.  go func() { 
  5.   select { 
  6.   case data, ok := <-chanInt: 
  7.    if ok { 
  8.     fmt.Println(data) 
  9.    } 
  10.   default
  11.    fmt.Println("全部阻塞"
  12.   } 
  13.  }() 
  14.  chanInt <- 1 

输出1

  • 这是一个简单的接收发送模型
  • 如果 select 的多个分支都满足条件,则会随机的选取其中一个满足条件的分支。
  • 第 6 行加上 ok 是因为上一节讲过,如果不加会导致通道关闭时收到零值
  • 回忆之前的知识,让接收和发送在不同的goroutine里,否则会死锁

这个程序存在什么问题?

假如发送太慢,所有case都处于阻塞状态,会直接执行default的内容。这里加一行sleep试试。

  1. func bar() { 
  2.  chanInt := make(chan int
  3.  defer close(chanInt) 
  4.  go func() { 
  5.   .... 
  6.  }() 
  7.  time.Sleep(time.Second
  8.  chanInt <- 1 
  • 倒数第二行加了sleep 1 秒,导致select语句提前结束
  • 猜测一下会输出全部阻塞吗?
  1. 全部阻塞 
  2. fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! 
  3.  
  4. goroutine 1 [chan send]: 
  5. main.bar() 

是会输出全部阻塞的。

因为接收执行完了,退出了goroutine,而发送才刚刚执行到,没有与其匹配的接收,故死锁。

正确的做法是把接收套在循环里面。

  1. func baz() { 
  2.  chanInt := make(chan int
  3.  defer close(chanInt) 
  4.  go func() { 
  5.   for { 
  6.    select { 
  7.        ... 
  8.    } 
  9.   } 
  10.  }() 
  11.  chanInt <- 1 
  • 不再死锁了
  • 假如程序不停止,会出现一个泄露的goroutine,永远的在for循环中无法跳出,此时引入下一节的内容

通知机制

Go 语言总是简单和灵活的,虽然没有针对提供专门的机制来处理退出,但我们可以自己组合

  1. func main() { 
  2.  chanInt, done := make(chan int), make(chan struct{}) 
  3.  defer close(chanInt) 
  4.  defer close(done) 
  5.  go func() { 
  6.   for { 
  7.    select { 
  8.    case <-chanInt: 
  9.    case <-done: 
  10.     break 
  11.    } 
  12.   } 
  13.  }() 
  14.  done <- struct{}{} 

没有给chanInt发送任何东西,按理说会阻塞,导致goroutine泄露

但可以使用额外的通道完成协程的退出控制

这种方式还可以做到周期性处理任务,下一节我们再详细讲解

case 的并发性

case是有并发属性的,比如两次输入,分别等待 1、2 秒,再进行两次读取,会花 3 秒时间吗?

  1. func main() { 
  2.  c1,c2 := make(chan string), make(chan string) 
  3.     close(c1) 
  4.     close(c2) 
  5.  go func() { 
  6.   time.Sleep(time.Second * 1) 
  7.   c1 <- "one" 
  8.  }() 
  9.  go func() { 
  10.   time.Sleep(time.Second * 2) 
  11.   c2 <- "two" 
  12.  }() 
  13.  start := time.Now() // 获取当前时间 
  14.  for i := 0; i < 2; i++ { 
  15.   select { 
  16.   case <-c1: 
  17.   case <-c2: 
  18.   } 
  19.  } 
  20.  elapsed := time.Since(start) 
  21.  // 这里没有用到3秒,为什么? 
  22.  fmt.Println("该函数执行完成耗时:", elapsed) 

以上代码先初始化两个 channel c1 和 c2,然后开启两个 goroutine 分别往 c1 和 c2 写入数据,再通过 select 监听两个 channel,从中读取数据并输出。

运行结果如下:

  1. $ go run channel.go 
  2. received one 
  3. received two 
  4. 该函数执行完成耗时:2.004695535s 

这充分说明case是并发的,但要注意此处的并发是 case 对channel阻塞做出的特殊处理。

case并发的原理

假如case后左边和右边跟了函数,会执行函数,我们来探索一下。

定义A、B函数,作用相同

  1. func A() int { 
  2.  fmt.Println("start A"
  3.  time.Sleep(1 * time.Second
  4.  fmt.Println("end A"
  5.  return 1 

定义函数lee,请问该函数执行完成耗时多少呢?

  1. func lee() { 
  2.  ch, done := make(chan int), make(chan struct{}) 
  3.  defer close(ch) 
  4.  go func() { 
  5.   select { 
  6.   case ch <- A(): 
  7.   case ch <- B(): 
  8.   case <-done: 
  9.   } 
  10.  }() 
  11.  done <- struct{}{} 

答案是 2 秒

  1. start A 
  2. end A 
  3. start B 
  4. end B 
  5. main.leespend time: 2.003504395s 
  • select 扫描是从左到右从上到下的,按这个顺序先求值,如果是函数会先执行函数。
  • 然后立马判断是否可以立即执行(这里是指 case 是否会因为执行而阻塞)。
  • 所以两个函数都会进入,而且是先进入 A 再进入 B,两个函数都会执行完,所以等待时间会累计。

如果都不会阻塞,此时就会使用一个伪随机的算法,去选中一个 case,只要选中了其他就被放弃了。

超时控制

我们来模拟一个更真实点的例子,让程序一段时间超时退出。

定义一个结构体

  1. type Worker struct { 
  2.  stream  <-chan int //处理 
  3.  timeout time.Duration //超时 
  4.  done    chan struct{} //结束信号 

定义初始化函数

  1. func NewWorker(stream <-chan int, timeout int) *Worker { 
  2.  return &Worker{ 
  3.   stream:  stream, 
  4.   timeout: time.Duration(timeout) * time.Second
  5.   done:    make(chan struct{}), 
  6.  } 

定义超时处理函数

  1. func (w *Worker) afterTimeStop() { 
  2.  go func() { 
  3.   time.Sleep(w.timeout) 
  4.   w.done <- struct{}{} 
  5.  }() 
  • 超过时间发送结束信号

接收数据并处理函数

  1. func (w *Worker) Start() { 
  2.  w.afterTimeStop() 
  3.  for { 
  4.   select { 
  5.   case data, ok := <-w.stream: 
  6.    if !ok { 
  7.     return 
  8.    } 
  9.    fmt.Println(data) 
  10.   case <-w.done: 
  11.    close(w.done) 
  12.    return 
  13.   } 
  14.  } 
  • 收到结束信号关闭函数
  • 这样的方法就可以让程序在等待 1 秒后继续执行,而不会因为 ch 读取等待而导致程序停滞。
  1. func main() { 
  2.  stream := make(chan int
  3.  defer close(stream) 
  4.  
  5.  w := NewWorker(stream, 3) 
  6.  w.Start() 

实际 3 秒到程序运行结束。

这种方式巧妙地实现了超时处理机制,这种方法不仅简单,在实际项目开发中也是非常实用的。

小结

本节介绍了select的用法以及包含的陷阱,我们学会了

  • case是并发的
  • case只针对通道传输阻塞做特殊处理,如果有计算将会先进行计算
  • 扫描是从左到右从上到下的,按这个顺序先求值,如果是函数会先执行函数。如果函数运行时间长,时间会累计
  • 在case全部阻塞时,会执行default中的内容
  • 可使用结束信号,让select退出
  • 延时发送结束信号可以实现超时自动退出的功能

问题:为什么w.stream没有程序向他发送数据,却没有死锁呢?

本节源码位置 https://github.com/golang-minibear2333/golang/blob/master/4.concurrent/4.5-select”

本文转载自微信公众号「机智的程序员小熊」,可以通过以下二维码关注。转载本文请联系机智的程序员小熊公众号。

 

责任编辑:武晓燕 来源: 机智的程序员小熊
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