一招教你无阻塞读写Golang channel

深藏阁楼爱情的钟 2022-09-13 15:21 142阅读 0赞

无论是无缓冲通道，还是有缓冲通道，都存在阻塞的情况，教你一招再也不遇到channel阻塞的问题。

这篇文章会介绍，哪些情况会存在阻塞，以及如何使用select解决阻塞。

# 阻塞场景 #

阻塞场景共4个，有缓存和无缓冲各2个。

**无缓冲通道**的特点是，发送的数据需要被读取后，发送才会完成，它阻塞场景：

1.  通道中无数据，但执行读通道。
2.  通道中无数据，向通道写数据，但无协程读取。

// 场景1
    func ReadNoDataFromNoBufCh() { 
    	noBufCh := make(chan int)
    
    	<-noBufCh
    	fmt.Println("read from no buffer channel success")
    
    	// Output:
    	// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
    }
    
    // 场景2
    func WriteNoBufCh() { 
    	ch := make(chan int)
    
    	ch <- 1
    	fmt.Println("write success no block")
    	
    	// Output:
    	// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
    }

> 注：示例代码中的Output注释代表函数的执行结果，每一个函数都由于阻塞在通道操作而无法继续向下执行，最后报了死锁错误。

**有缓存通道**的特点是，有缓存时可以向通道中写入数据后直接返回，缓存中有数据时可以从通道中读到数据直接返回，这时有缓存通道是不会阻塞的，它阻塞的场景是：

1.  通道的缓存无数据，但执行读通道。
2.  通道的缓存已经占满，向通道写数据，但无协程读。

// 场景1
    func ReadNoDataFromBufCh() { 
    	bufCh := make(chan int, 1)
    
    	<-bufCh
    	fmt.Println("read from no buffer channel success")
    
    	// Output:
    	// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
    }
    
    // 场景2
    func WriteBufChButFull() { 
    	ch := make(chan int, 1)
    	// make ch full
    	ch <- 100
    
    	ch <- 1
    	fmt.Println("write success no block")
    	
    	// Output:
    	// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
    }

# 使用Select实现无阻塞读写 #

select是执行选择操作的一个结构，它里面有一组case语句，它会执行其中无阻塞的那一个，如果都阻塞了，那就等待其中一个不阻塞，进而继续执行，它有一个default语句，该语句是永远不会阻塞的，我们可以借助它实现无阻塞的操作。

下面示例代码是使用select修改后的无缓冲通道和有缓冲通道的读写，以下函数可以直接通过main函数调用，其中的Ouput的注释是运行结果，从结果能看出，在通道不可读或者不可写的时候，不再阻塞等待，而是直接返回。

// 无缓冲通道读
    func ReadNoDataFromNoBufChWithSelect() { 
    	bufCh := make(chan int)
    
    	if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil { 
    		fmt.Println(err)
    	} else { 
    		fmt.Printf("read: %d\n", v)
    	}
    
    	// Output:
    	// channel has no data
    }
    
    // 有缓冲通道读
    func ReadNoDataFromBufChWithSelect() { 
    	bufCh := make(chan int, 1)
    
    	if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil { 
    		fmt.Println(err)
    	} else { 
    		fmt.Printf("read: %d\n", v)
    	}
    
    	// Output:
    	// channel has no data
    }
    
    // select结构实现通道读
    func ReadWithSelect(ch chan int) (x int, err error) { 
    	select { 
    	case x = <-ch:
    		return x, nil
    	default:
    		return 0, errors.New("channel has no data")
    	}
    }
    
    // 无缓冲通道写
    func WriteNoBufChWithSelect() { 
    	ch := make(chan int)
    	if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil { 
    		fmt.Println(err)
    	} else { 
    		fmt.Println("write success")
    	}
    
    	// Output:
    	// channel blocked, can not write
    }
    
    // 有缓冲通道写
    func WriteBufChButFullWithSelect() { 
    	ch := make(chan int, 1)
    	// make ch full
    	ch <- 100
    	if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil { 
    		fmt.Println(err)
    	} else { 
    		fmt.Println("write success")
    	}
    
    	// Output:
    	// channel blocked, can not write
    }
    
    // select结构实现通道写
    func WriteChWithSelect(ch chan int) error { 
    	select { 
    	case ch <- 1:
    		return nil
    	default:
    		return errors.New("channel blocked, can not write")
    	}
    }

# 使用Select+超时改善无阻塞读写 #

使用default实现的无阻塞通道阻塞有一个缺陷：当通道不可读或写的时候，会即可返回。实际场景，更多的需求是，我们希望，尝试读一会数据，或者尝试写一会数据，如果实在没法读写，再返回，程序继续做其它的事情。

**使用定时器替代default**可以解决这个问题。比如，我给通道读写数据的容忍时间是500ms，如果依然无法读写，就即刻返回，修改一下会是这样：

func ReadWithSelect(ch chan int) (x int, err error) { 
    	timeout := time.NewTimer(time.Microsecond * 500)
    
    	select { 
    	case x = <-ch:
    		return x, nil
    	case <-timeout.C:
    		return 0, errors.New("read time out")
    	}
    }
    
    func WriteChWithSelect(ch chan int) error { 
    	timeout := time.NewTimer(time.Microsecond * 500)
    
    	select { 
    	case ch <- 1:
    		return nil
    	case <-timeout.C:
    		return errors.New("write time out")
    	}
    }

结果就会变成超时返回：

read time out
    write time out
    read time out
    write time out