GO通道：无缓冲通道与缓冲通道

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1.通道定义　　

　　在多个协程之间进行通信和管理，可以使用 Go 语言提供的通道（Channel）类型。通道是一种特殊的数据结构，可以在协程之间进行传递数据，从而实现协程之间的通信和同步。多个协程可以同时读写同一个通道，通过通道来进行数据的传递和共享。

　　通道遵循先入先出(First In First Out)的原则，保证收发数据的顺序。通道是一个特殊的数据类型，在使用之前必须定义和创建通道变量，定义通道的语法如下：

 var name chan type

　　语法格式说明如下：

　　　　1）var是Go语言关键字，用于定义变量。

　　　　2）name是通道变量名称，可自行命名。

　　　　3）chan是Go语言关键字，将变量定义为通道类型。

　　　　4）type是通道存放的数据类型。

　　通道定义之后，还需要使用关键字make创建通道，通道的创建语法如下：

 name := make(chan type, num)

　　语法格式说明如下：

　　　　1）name是通道变量名称，可自行命名。

　　　　2）make是Go语言关键字，用于创建通道。

　　　　3）chan type的chan是Go语言关键字，type是通道能存放的数据类型。

　　　　4）num是通道存放数据的数量上限。

　　在实际编程中，我们直接使用关键字make创建通道即可使用，这样能省去定义通道的过程，示例代码如下：

　　// 定义和创建通道
    var ch chan string
    ch = make(chan string)
    // 直接创建通道，无须定义
    ch := make(chan string)

　　　通道创建之后，使用通道完成写入和读取数据操作。在通道里面写入和读取数据需要由<-操作符实现，使用说明如下：

　　// 构建通道
    ch := make(chan string)
    // 往通道写入数据
    ch <- "Hello"
    // 从通道获取数据，赋予变量s
    s := <- ch

 

2.无缓冲通道

　　无缓冲通道是 Go 语言中一种常见的通道类型，也称为同步通道或阻塞通道。无缓冲通道的特点是在发送和接收数据时，必须有另外一个协程同时进行相反的操作，否则会阻塞当前协程。 具体来说，无缓冲通道的特点如下：

1. 发送和接收操作是同步的，即发送操作必须等待接收操作完成后才能继续执行，接收操作也必须等待发送操作完成后才能继续执行。

2. 无缓冲通道的容量为 0，即只有在发送和接收操作同时进行时才能传递数据，否则会阻塞当前协程。

3. 无缓冲通道的数据传递是按照先进先出的顺序进行的，即发送的数据会按照发送的顺序被接收。 无缓冲通道可以用于协程之间的同步和通信，例如在生产者和消费者模式中，可以使用无缓冲通道来传递数据，从而保证生产者和消费者之间的同步和互斥。同时，无缓冲通道的使用也可以避免数据竞争问题，从而提高程序的安全性和可靠性。

　　通道是通过关键字make创建的，在创建过程中，如果没有设置参数num，则视为创建无缓冲通道。无缓冲通道(Unbuffered Channel)是指在获取数据之前没有能力保存数据的通道，这种类型的通道要求两个Goroutine同时处于执行状态才能完成写入和获取操作。

　　如果两个Goroutine没有同时准备，某一个Goroutine执行写入或获取操作将会处于阻塞等待状态，另一个Goroutine无法执行写入或获取操作，程序将会提示异常，这种类型的通道执行写入和获取的交互行为是同步，任意一个操作都无法离开另一个操作单独存在。

　　当我们使用无缓冲通道的时候，必须注意通道变量的操作，确保程序中有两个或两个以上的Goroutine同时执行通道的读写操作，读写操作必须是一读一写，不能只读不写或只写不读，示例如下：

     // 只写入数据，不读取
    ch := make(chan string)
    ch <- "Tom"
    fmt.Println("wait goroutine")
    // 只读取数据，不写入
    ch := make(chan string)
    <- ch
    fmt.Println("wait goroutine")

　　通道数据只写入不读取或者只读取不写入都会提示fatal error: all goroutines are asleep–deadlock异常，如果需要实现通道数据获取超时检测，可以使用关键字select实现。

　　如果程序中仅有一个Goroutine，使用通道读写数据也会导致异常，比如在主函数main()中对通道写入数据，再读取通道数据，示例如下：

 package main
    import (
        "fmt"
    )
    func main() {
        // 构建通道
        ch := make(chan string)
        // 写入通道数据
        ch <- "Tom"
        // 读取通道数据
        <-ch
        fmt.Println("wait goroutine")
    }

　　如果在发送和接收数据时出现异常，则会引发程序异常。例如，如果我们在发送数据之前关闭通道，则会引发一个运行时异常。为了避免这种情况的发生，我们可以使用 defer 语句在函数退出之前关闭通道。例如：

func main() {
    ch := make(chan int)
    defer close(ch) // 使用 defer 关闭通道
    go func() {
        fmt.Println("开始发送消息...")
        ch <- 1
        fmt.Println("消息发送完成。")
    }()
    fmt.Println("开始接收消息...")
    msg := <-ch
    fmt.Printf("接收到的消息是：%d\n", msg)
    fmt.Println("消息接收完成。")
}

3.带缓冲通道

　　带缓冲通道(Buffered Channel)是在被获取前能存储一个或者多个数据的通道，这种类型的通道并不强制要求Goroutine之间必须同时完成写入和获取。当通道中没有数据的时候，获取动作才会阻塞；当通道没有可用缓冲区存储数据的时候，写入动作才会阻塞。

　　在无缓冲通道的基础上，只要为通道增加一个有限大小的存储空间就能形成带缓冲通道。带缓冲通道在写入时无须等待获取即可再次执行下一轮写入，并且不会发生阻塞，只有当存储空间满了才会发生阻塞。同理，如果带缓冲通道中有数据，获取时将不会发生阻塞，直到通道中没有数据可读时，通道才会阻塞。

　　从通道的定义角度分析，带缓冲和无缓冲通道的区别在于参数num。创建通道的时候，如果没有设置参数num，则默认参数值为0，通道为无缓冲通道，所以写入和获取数据必须同时进行才不会因阻塞而异常；如果参数num大于0，则写入和获取数据无须同步执行，因为通道有足够的空间存放数据。

　　由于带缓冲通道没有读写同步限制，我们可以在同一个Goroutine中执行多次写入和获取操作，具体示例如下：

 package main
    import "fmt"
    func main() {
        // 创建一个3个元素缓冲大小的整型通道
        ch := make(chan int, 3)
        // 查看当前通道的大小
        fmt.Println(len(ch))
        // 发送3个整型元素到通道
        for i := 0; i < 3; i++ {
             ch <- i
        }
        // 查看当前通道的大小
        fmt.Println(len(ch))
        for i := 0; i < 3; i++ {
             fmt.Println(<-ch)
        }
        // 查看当前通道的大小
        fmt.Println(len(ch))
        // 查看当前通道的容量
        fmt.Println(cap(ch))
    }

　　上述代码的说明如下：

　　　　1）通过for执行了3次循环，每次循环将变量i写入通道，然后通过3次循环从通道获取数据并输出。

　　　　2）通道写入和读取数据的时候，使用len()函数获取通道已有的数据量，判断当前通道存储的数据量是否达到上限，这样可以防止程序在运行时提示异常。

　　　　3）使用cap()函数能获取通道的容量大小，即获取创建通道make()的参数num的大小。带缓冲通道在很多特性上和无缓冲通道类似，无缓冲通道可以看作长度为0的带缓冲通道。

　　根据这个特性，带缓冲通道在下列情况下会发生阻塞：

　　　　1）带缓冲通道的存储数据达到上限时，再次写入数据将发生阻塞而导致异常。

　　2）带缓冲通道没有存储数据时，获取数据将发生阻塞而导致异常。

　　Go语言为什么对通道要限制长度？因为多个Goroutine之间使用通道必然存在写入和获取操作，这种模式类型的典型例子为生产者消费者模式。如果不限制通道长度，当写入数据速度大于获取速度，内存将不断膨胀直到应用崩溃。因此，限制通道的长度有利于约束数据生产速度，生产数据量必须在数据消费速度+通道长度的范围内，这样才能正常地处理数据。