前言
最近在實現兩個需求，由於兩者之間並沒有依賴關係，所以想利用佇列進行解耦；但在 Go 的標準庫中並沒有現成可用並且併發安全的資料結構；但 Go 提供了一個更加優雅的解決方案，那就是 channel。
channel 應用
Go 與 Java 的一個很大的區別就是併發模型不同，Go 採用的是 CSP(Communicating sequential processes) 模型；用 Go 官方的說法：
Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.
翻譯過來就是：不用使用共享記憶體來通訊，而是用通訊來共享記憶體。
而這裡所提到的通訊，在 Go 裡就是指代的 channel。
只講概念並不能快速的理解與應用，所以接下來會結合幾個實際案例更方便理解。
futrue task
Go 官方沒有提供類似於 Java 的 FutureTask 支援：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
Task task = new Task();
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(task);
executorService.submit(futureTask);
String s = futureTask.get();
System.out.println(s);
executorService.shutdown();
}
}
class Task implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
// 模擬http
System.out.println("http request");
Thread.sleep(1000);
return "request success";
}
}
但我們可以使用 channel 配合 goroutine 實現類似的功能：
func main() {
ch := Request("https://github.com")
select {
case r := <-ch:
fmt.Println(r)
}
}
func Request(url string) <-chan string {
ch := make(chan string)
go func() {
// 模擬http請求
time.Sleep(time.Second)
ch <- fmt.Sprintf("url=%s, res=%s", url, "ok")
}()
return ch
}
goroutine 發起請求後直接將這個 channel 返回，呼叫方會在請求響應之前一直阻塞，直到 goroutine 拿到了響應結果。
goroutine 互相通訊
/**
* 偶數執行緒
*/
public static class OuNum implements Runnable {
private TwoThreadWaitNotifySimple number;
public OuNum(TwoThreadWaitNotifySimple number) {
this.number = number;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 11; i++) {
synchronized (TwoThreadWaitNotifySimple.class) {
if (number.flag) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "+-+偶數" + i);
number.flag = false;
TwoThreadWaitNotifySimple.class.notify();
}
} else {
try {
TwoThreadWaitNotifySimple.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
/**
* 奇數執行緒
*/
public static class JiNum implements Runnable {
private TwoThreadWaitNotifySimple number;
public JiNum(TwoThreadWaitNotifySimple number) {
this.number = number;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 11; i++) {
synchronized (TwoThreadWaitNotifySimple.class) {
if (!number.flag) {
if (i % 2 == 1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "+-+奇數" + i);
number.flag = true;
TwoThreadWaitNotifySimple.class.notify();
}
} else {
try {
TwoThreadWaitNotifySimple.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
這裡擷取了”兩個執行緒交替列印奇偶數“的部分程式碼。
Java 提供了 object.wait()/object.notify() 這樣的等待通知機制，可以實現兩個執行緒間通訊。
go 通過 channel 也能實現相同效果：
func main() {
ch := make(chan struct{})
go func() {
for i := 1; i < 11; i++ {
ch <- struct{}{}
//奇數
if i%2 == 1 {
fmt.Println("奇數:", i)
}
}
}()
go func() {
for i := 1; i < 11; i++ {
<-ch
if i%2 == 0 {
fmt.Println("偶數:", i)
}
}
}()
time.Sleep(10 * time.Second)
}
本質上他們都是利用了執行緒(goroutine)阻塞然後喚醒的特性，只是 Java 是通過 wait/notify 機制；
而 go 提供的 channel 也有類似的特性：
- 向
channel傳送資料時(ch<-struct{}{})會被阻塞，直到 channel 被消費(<-ch)。
以上針對於
無緩衝 channel。
channel 本身是由 go 原生保證併發安全的，不用額外的同步措施，可以放心使用。
廣播通知
不僅是兩個 goroutine 之間通訊，同樣也能廣播通知，類似於如下 Java 程式碼：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
try {
synchronized (NotifyAll.class){
NotifyAll.class.wait();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "done....");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
synchronized (NotifyAll.class){
NotifyAll.class.notifyAll();
}
}
主執行緒將所有等待的子執行緒全部喚醒，這個本質上也是通過 wait/notify 機制實現的，區別只是通知了所有等待的執行緒。
換做是 go 的實現：
func main() {
notify := make(chan struct{})
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
for {
select {
case <-notify:
fmt.Println("done.......",i)
return
case <-time.After(1 * time.Second):
fmt.Println("wait notify",i)
}
}
}(i)
}
time.Sleep(1 * time.Second)
close(notify)
time.Sleep(3 * time.Second)
}
當關閉一個 channel 後，會使得所有獲取 channel 的 goroutine 直接返回，不會阻塞，正是利用這一特性實現了廣播通知所有 goroutine 的目的。
注意，同一個 channel 不能反覆關閉，不然會出現panic。
channel 解耦
以上例子都是基於無緩衝的 channel，通常用於 goroutine 之間的同步；同時 channel 也具備緩衝的特性：
ch :=make(chan T, 100)
可以直接將其理解為佇列，正是因為具有緩衝能力，所以我們可以將業務之間進行解耦，生產方只管往 channel 中丟資料，消費者只管將資料取出後做自己的業務。
同時也具有阻塞佇列的特性：
- 當
channel寫滿時生產者將會被阻塞。 - 當
channel為空時消費者也會阻塞。
從上文的例子中可以看出，實現相同的功能 go 的寫法會更加簡單直接，相對的 Java 就會複雜許多（當然這也和這裡使用的偏底層 api 有關）。
Java 中的 BlockingQueue
這些特性都與 Java 中的 BlockingQueue 非常類似，他們具有以下的相同點：
- 可以通過兩者來進行
goroutine/thread通訊。 - 具備佇列的特徵，可以解耦業務。
- 支援併發安全。
同樣的他們又有很大的區別，從表現上看：
channel支援select語法，對channel的管理更加簡潔直觀。channel支援關閉，不能向已關閉的channel傳送訊息。channel支援定義方向，在編譯器的幫助下可以在語義上對行為的描述更加準確。
當然還有本質上的區別就是 channel 是 go 推薦的 CSP 模型的核心，具有編譯器的支援，可以有很輕量的成本實現併發通訊。
而 BlockingQueue 對於 Java 來說只是一個實現了併發安全的資料結構，即便不使用它也有其他的通訊方式；只是他們都具有阻塞佇列的特徵，所有在初步接觸 channel 時容易產生混淆。
| 相同點 | channel 特有 |
|---|---|
| 阻塞策略 | 支援select |
| 設定大小 | 支援關閉 |
| 併發安全 | 自定義方向 |
| 普通資料結構 | 編譯器支援 |
總結
有過一門程式語言的使用經歷在學習其他語言是確實是要方便許多，比如之前寫過 Java 再看 Go 時就會發現許多類似之處，只是實現不同。
拿這裡的併發通訊來說，本質上是因為併發模型上的不同；
Go 更推薦使用通訊來共享記憶體，而 Java 大部分場景都是使用共享記憶體來通訊（這樣就得加鎖來同步）。
帶著疑問來學習確實會事半功倍。
最近和網友討論後再補充一下，其實 Go channel 的底層實現也是通過對共享記憶體的加鎖來實現的，這點任何語言都不可避免。
既然都是共享記憶體那和我們自己使用共享記憶體有什麼區別呢？主要還是 channel 的抽象層級更高，我們使用這類高抽象層級的方式編寫程式碼會更易理解和維護。
但在一些特殊場景，需要追求極致的效能，降低加鎖顆粒度時用共享記憶體會更加合適，所以 Go 官方也提供有 sync.Map/Mutex 這樣的庫；只是在併發場景下更推薦使用 channel 來解決問題。