再次探讨go实现无限 buffer 的 channel方法
作者:机智的小小帅 发布时间:2024-02-10 23:34:54
前言
总所周知,go
里面只有两种 channel
,一种是 unbuffered channel, 其声明方式为
ch := make(chan interface{})
另一种是 buffered channel,其声明方式为
bufferSize := 5
ch := make(chan interface{},bufferSize)
对于一个 buffered channel,无论它的 buffer 有多大,它终究是有极限的。这个极限就是该 channel 最初被 make 时,所指定的 bufferSize 。
jojo,buffer channel 的大小是有极限的,我不做 channel 了。
一旦 channel
满了的话,再往里面添加元素的话,将会阻塞。
so how can we make a infinite buffer channel?
本文参考了 medinum 上面的一篇文章,有兴趣的同学可以直接阅读原文。
实现
接口的设计
首先当然是建一个 struct
,在百度翻译的帮助下,我们将这个 struct
取名为 InfiniteChannel
type InfiniteChannel struct {
}
思考一下 channel
的核心行为,实际上就两个,一个流入(Fan in),一个流出(Fan out),因此我们添加如下几个 method。
func (c *InfiniteChannel) In(val interface{}) {
// todo
}
func (c *InfiniteChannel) Out() interface{} {
// todo
}
内部实现
通过 In()
接收的数据,总得需要一个地方来存放。我们可以用一个 slice
来存放,就算用 In()
往里面添加了很多元素,也可以通过 append()
来拓展 slice
,slice
的容量可以无限拓展下去(内存足够的话),所以 channel
也是 infinite
。 InfiniteChannel
的第一个成员就这么敲定下来的。
type InfiniteChannel struct {
data []interface{}
}
用户调用 In()
和 Out()
时,可能是并发的环境,在 go
中如何进行并发编程,最容易想到的肯定是 channel
了,因此我们在内部准备两个 channel
,一个 inChan
,一个 outChan
,用 inChan
来接收数据,用 outChan
来流出数据。
type InfiniteChannel struct {
inChan chan interface{}
outChan chan interface{}
data []interface{}
}
func (c *InfiniteChannel) In(val interface{}) {
c.inChan <- val
}
func (c *InfiniteChannel) Out() interface{} {
return <-c.outChan
}
其中, inChan
和 outChan
都是 unbuffered channel。
此外,也肯定是需要一个 select
来处理来自 inChan
和 outChan
身上的事件。因此我们另起一个协程,在里面做 select
操作。
func (c *InfiniteChannel) background() {
for true {
select {
case newVal := <-c.inChan:
c.data = append(c.data, newVal)
case c.outChan <- c.pop():// pop() 将取出队列的首个元素
}
}
}
func NewInfiniteChannel() *InfiniteChannel {
c := &InfiniteChannel{
inChan: make(chan interface{}),
outChan: make(chan interface{}),
}
go c.background()// 注意这里另起了一个协程
return c
}
ps:感觉这也算是 go 并发编程的一个套路了。即
在 new struct 的时候,顺手 go 一个 select 协程,select 协程内执行一个 for 循环,不停的 select,监听一个或者多个 channel 的事件。
struct 对外提供的 method,只会操作 struct 内的 channel(在本例中就是 inChan 和 outChan),不会操作 struct 内的其他数据(在本例中,In() 和 Out() 都没有直接操作 data)。
触发 channel 的事件后,由 select 协程进行数据的更新(在本例中就是 data )。因为只有 select 协程对除 channel 外的数据成员进行读写操作,且 go 保证了对于 channel 的并发读写是安全的,所以代码是并发安全的。
如果 struct 是 exported ,用户或许会越过 new ,直接手动 make 一个 struct,可以考虑将 struct 设置为 unexported,把它的首字母小写即可。
pop()
的实现也非常简单。
// 取出队列的首个元素,如果队列为空,将会返回一个 nil
func (c *InfiniteChannel) pop() interface{} {
if len(c.data) == 0 {
return nil
}
val := c.data[0]
c.data = c.data[1:]
return val
}
测试一下
用一个协程每秒钟生产一条数据,另一个协程每半秒消费一条数据,并打印。
func main() {
c := NewInfiniteChannel()
go func() {
for i := 0; i < 20; i++ {
c.In(i)
time.Sleep(time.Second)
}
}()
for i := 0; i < 50; i++ {
val := c.Out()
fmt.Print(val)
time.Sleep(time.Millisecond * 500)
}
}
// out
<nil>0<nil>1<nil>23<nil>4<nil><nil>5<nil>67<nil><nil>89<nil><nil>1011<nil>12<nil>13<nil>14<nil>15<nil>16<nil>17<nil><nil>1819<nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil>
Process finished with the exit code 0
可以看到,将 InfiniteChannel
内没有数据可供消费时,调用 Out()
将会返回一个 nil
,不过这也在我们的意料之中,原因是 pop()
在队列为空时,将会返回 nil。
目前 InfiniteChannel
的行为与标准的 channel
的行为是有出入的,go
中的 channel
,在没有数据却仍要取数据时会被阻塞,如何实现这个效果?
优化
我认为此处是是整篇文章最有技巧的地方,我第一次看到时忍不住拍案叫绝。
首先把原来的 background()
摘出来
func (c *InfiniteChannel) background() {
for true {
select {
case newVal := <-c.inChan:
c.data = append(c.data, newVal)
case c.outChan <- c.pop():
}
}
}
对 outChan
进行一个简单封装
func (c *InfiniteChannel) background() {
for true {
select {
case newVal := <-c.inChan:
c.data = append(c.data, newVal)
case c.outChanWrapper() <- c.pop():
}
}
}
func (c *InfiniteChannel) outChanWrapper() chan interface{} {
return c.outChan
}
目前为止,一切照旧。
点睛之笔来了:
func (c *InfiniteChannel) outChanWrapper() chan interface{} {
if len(c.data) == 0 {
return nil
}
return c.outChan
}
在 c.data
为空的时候,返回一个 nil
在 background()
中,当执行到 case c.outChan <- c.pop():
时,实际上将会变成:
case nil <- nil:
在 go
中,是无法往一个 nil
的 channel
中发送元素的。例如
func main() {
var c chan interface{}
select {
case c <- 1:
}
}
// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
func main() {
var c chan interface{}
select {
case c <- 1:
default:
fmt.Println("hello world")
}
}
// hello world
因此,对于
select {
case newVal := <-c.inChan:
c.data = append(c.data, newVal)
case c.outChanWrapper() <- c.pop():
}
将会一直阻塞在 select
那里,直到 inChan
来了数据。
再测试一下
012345678910111213141516171819fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
最后,程序 panic
了,因为死锁了。
补充
实际上 channel
除了 In()
和 Out()
外,还有一个行为,即 close()
,如果 channel close 后,依旧从其中取元素的话,将会取出该类型的默认值。
func main() {
c := make(chan interface{})
close(c)
for true {
v := <-c
fmt.Println(v)
time.Sleep(time.Second)
}
}
// output
// <nil>
// <nil>
// <nil>
// <nil>
func main() {
c := make(chan interface{})
close(c)
for true {
v, isOpen := <-c
fmt.Println(v, isOpen)
time.Sleep(time.Second)
}
}
// output
// <nil> false
// <nil> false
// <nil> false
// <nil> false
我们也需要实现相同的效果。
func (c *InfiniteChannel) Close() {
close(c.inChan)
}
func (c *InfiniteChannel) background() {
for true {
select {
case newVal, isOpen := <-c.inChan:
if isOpen {
c.data = append(c.data, newVal)
} else {
c.isOpen = false
}
case c.outChanWrapper() <- c.pop():
}
}
}
func NewInfiniteChannel() *InfiniteChannel {
c := &InfiniteChannel{
inChan: make(chan interface{}),
outChan: make(chan interface{}),
isOpen: true,
}
go c.background()
return c
}
func (c *InfiniteChannel) outChanWrapper() chan interface{} {
// 这里添加了对 c.isOpen 的判断
if c.isOpen && len(c.data) == 0 {
return nil
}
return c.outChan
}
再测试一下
func main() {
c := NewInfiniteChannel()
go func() {
for i := 0; i < 20; i++ {
c.In(i)
time.Sleep(time.Second)
}
c.Close()// 这里调用了 Close
}()
for i := 0; i < 50; i++ {
val := c.Out()
fmt.Print(val)
time.Sleep(time.Millisecond * 500)
}
}
// output
012345678910111213141516171819<nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil><nil>
Process finished with the exit code 0
符合预期
遗憾
目前看上去已经很完美了,但是和标准的 channel
相比,仍然有差距。因为标准的 channel
是有这种用法的
v,isOpen := <- ch
可以通过 isOpen
变量来获取 channel
的开闭情况。
因此 InfiniteChannel
也应该提供一个类似的 method
func (c *InfiniteChannel) OutAndIsOpen() (interface{}, bool) {
// todo
}
可惜的是,要想得知 InfiniteChannel
是否是 Open
的,就必定要访问 InfiniteChannel
内的 isOpen
成员。
type InfiniteChannel struct {
inChan chan interface{}
outChan chan interface{}
data []interface{}
isOpen bool
}
而 isOpen
并非 channel
类型,根据之前的套路,这种非 channel
类型的成员只应该被 select
协程访问。一旦有多个协程访问,就会出现并发问题,除非加锁。
我不能接受!所以干脆不提供这个 method 了,嘿嘿。
完整代码
func main() {
c := NewInfiniteChannel()
go func() {
for i := 0; i < 20; i++ {
c.In(i)
time.Sleep(time.Second)
}
c.Close()
}()
for i := 0; i < 50; i++ {
val := c.Out()
fmt.Print(val)
time.Sleep(time.Millisecond * 500)
}
}
type InfiniteChannel struct {
inChan chan interface{}
outChan chan interface{}
data []interface{}
isOpen bool
}
func (c *InfiniteChannel) In(val interface{}) {
c.inChan <- val
}
func (c *InfiniteChannel) Out() interface{} {
return <-c.outChan
}
func (c *InfiniteChannel) Close() {
close(c.inChan)
}
func (c *InfiniteChannel) background() {
for true {
select {
case newVal, isOpen := <-c.inChan:
if isOpen {
c.data = append(c.data, newVal)
} else {
c.isOpen = false
}
case c.outChanWrapper() <- c.pop():
}
}
}
func NewInfiniteChannel() *InfiniteChannel {
c := &InfiniteChannel{
inChan: make(chan interface{}),
outChan: make(chan interface{}),
isOpen: true,
}
go c.background()
return c
}
// 取出队列的首个元素,如果队列为空,将会返回一个 nil
func (c *InfiniteChannel) pop() interface{} {
if len(c.data) == 0 {
return nil
}
val := c.data[0]
c.data = c.data[1:]
return val
}
func (c *InfiniteChannel) outChanWrapper() chan interface{} {
if c.isOpen && len(c.data) == 0 {
return nil
}
return c.outChan
}
参考
https://medium.com/capital-one-tech/building-an-unbounded-channel-in-go-789e175cd2cd
来源:https://www.cnblogs.com/XiaoXiaoShuai-/p/14878525.html
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