一文带你学会Go select语句轻松实现高效并发

前言

在 Go 语言中，Goroutine 和 Channel 是非常重要的并发编程概念，它们可以帮助我们解决并发编程中的各种问题。关于它们的基本概念和用法，前面的文章 一文初探 Goroutine 与 channel 中已经进行了介绍。而本文将重点介绍 select，它是协调多个 channel 的桥梁。

select 介绍

什么是 select

select 是 Go 语言中的一种控制结构，用于在多个通信操作中选择一个可执行的操作。它可以协调多个 channel 的读写操作，使得我们能够在多个 channel 中进行非阻塞的数据传输、同步和控制。

为什么需要 select

Go 语言中的 select 语句是一种用于多路复用通道的机制，它允许在多个通道上等待并处理消息。相比于简单地使用 for 循环遍历通道，使用 select 语句能够更加高效地管理多个通道。

以下是一些 select 语句的使用场景：

1.等待多个通道的消息（多路复用）

当我们需要等待多个通道的消息时，使用 select 语句可以非常方便地等待这些通道中的任意一个通道有消息到达，从而避免了使用多个goroutine进行同步和等待。

2.超时等待通道消息

当我们需要在一段时间内等待某个通道有消息到达时，使用 select 语句可以与 time 包结合使用实现定时等待。

3.在通道上进行非阻塞读写

在使用通道进行读写时，如果通道没有数据，读操作或写操作将会阻塞。但是使用 select 语句结合 default 分支可以实现非阻塞读写，从而避免了死锁或死循环等问题。

因此，select 的主要作用是在处理多个通道时提供了一种高效且易于使用的机制，简化了多个 goroutine 的同步和等待，使程序更加可读、高效和可靠。

select 基础

语法

select {
   case <- channel1:
       // channel1准备好了
   case data := <- channel2:
       // channel2准备好了，并且可以读取到数据data
   case channel3 <- data:
       // channel3准备好了，并且可以往其中写入数据data
   default:
       // 没有任何channel准备好了
}

其中， <- channel1 表示读取 channel1 的数据，data <- channel2 表示用 data 去接收数据；channel3 <- data 表示往 channel3 中写入数据。

select 的语法形式类似于 switch，但是它只能用于 channel 操作。在 select 语句中，我们可以定义多个 case，每个 case 都是一个 channel 操作，用于读取或写入数据。如果有多个 case 同时可执行，则会随机选择其中一个。如果没有任何可执行的 case，则会执行 default 分支（如果存在），或者阻塞等待直到至少有一个 case 可执行为止。

基本用法

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func main() {
  ch1 := make(chan int)
  ch2 := make(chan int)

go func() {
     time.Sleep(1 * time.Second)
     ch1 <- 1
  }()

go func() {
     time.Sleep(2 * time.Second)
     ch2 <- 2
  }()
  for i := 0; i < 2; i++ {
     select {
     case data, ok := <-ch1:
        if ok {
           fmt.Println("从 ch1 接收到数据:", data)
        } else {
           fmt.Println("通道已被关闭")
        }
     case data, ok := <-ch2:
        if ok {
           fmt.Println("从 ch2接收到数据: ", data)
        } else {
           fmt.Println("通道已被关闭")
        }
     }
  }

select {
  case data, ok := <-ch1:
     if ok {
        fmt.Println("从 ch1 接收到数据:", data)
     } else {
        fmt.Println("通道已被关闭")
     }
  case data, ok := <-ch2:
     if ok {
        fmt.Println("从 ch2接收到数据: ", data)
     } else {
        fmt.Println("通道已被关闭")
     }
  default:
     fmt.Println("没有接收到数据，走 default 分支")
  }
}

执行结果

从 ch1 接收到数据: 1
从 ch2接收到数据:  2
没有接收到数据，走 default 分支

上述示例中，首先创建了两个 channel，ch1 和 ch2，分别在不同的 goroutine 中向两个 channel 中写入数据。然后，在主 goroutine 中使用 select 语句监听两个channel，一旦某个 channel 上有数据流动，就打印出相应的数据。由于 ch1 中的数据比 ch2 中的数据先到达，因此首先会打印出 "从 ch1 接收到数据: 1"，然后才打印出 "从 ch2接收到数据: 2"。

为了方便测试 default 分支，我写了两个 select 代码块，执行到第二个 select 代码块的时候，由于 ch1 和 ch2 都没有数据了，因此执行 default 分支，打印 "没有接收到数据，走 default 分支"。

一些使用 select 与 channel 结合的场景

实现超时控制

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func main() {
  ch := make(chan int)
  go func() {
     time.Sleep(3 * time.Second)
     ch <- 1
  }()

select {
  case data, ok := <-ch:
     if ok {
        fmt.Println("接收到数据: ", data)
     } else {
        fmt.Println("通道已被关闭")
     }
  case <-time.After(2 * time.Second):
     fmt.Println("超时了！")
  }
}

执行结果为：超时了！。

在这个例子中，程序将在 3 秒后向 ch 通道里写入数据，而我在 select 代码块里设置的超时时间为 2 秒，如果在 2 秒内没有接收到数据，则会触发超时处理。

实现多任务并发控制

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  ch := make(chan int)

for i := 0; i < 10; i++ {
     go func(id int) {
        ch <- id
     }(i)
  }

for i := 0; i < 10; i++ {
     select {
     case data, ok := <-ch:
        if ok {
           fmt.Println("任务完成：", data)
        } else {
           fmt.Println("通道已被关闭")
        }
     }
  }
}

执行结果（每次执行的顺序都会不一致）：

任务完成： 1
任务完成： 5
任务完成： 2
任务完成： 3
任务完成： 4
任务完成： 0
任务完成： 9
任务完成： 6
任务完成： 7
任务完成： 8

在这个例子中，启动了 10 个 goroutine 并发执行任务，并使用一个 channel 来接收任务的完成情况。在主函数中，使用 select 语句监听这个 channel，每当接收到一个完成的任务时，就进行处理。

监听多个通道的消息

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func main() {
  ch1 := make(chan int)
  ch2 := make(chan int)

// 开启 goroutine 1 用于向通道 ch1 发送数据
  go func() {
     for i := 0; i < 5; i++ {
        ch1 <- i
        time.Sleep(time.Second)
     }
  }()

// 开启 goroutine 2 用于向通道 ch2 发送数据
  go func() {
     for i := 5; i < 10; i++ {
        ch2 <- i
        time.Sleep(time.Second)
     }
  }()

// 主 goroutine 从 ch1 和 ch2 中接收数据并打印
  for i := 0; i < 10; i++ {
     select {
     case data := <-ch1:
        fmt.Println("Received from ch1:", data)
     case data := <-ch2:
        fmt.Println("Received from ch2:", data)
     }
  }

fmt.Println("Done.")
}

执行结果（每次执行程序打印的顺序都不一致）：

Received from ch2: 5
Received from ch1: 0
Received from ch1: 1
Received from ch2: 6
Received from ch1: 2
Received from ch2: 7
Received from ch1: 3
Received from ch2: 8
Received from ch1: 4
Received from ch2: 9
Done.

该示例代码中，通过使用 select 多路复用，可以同时监听多个通道的数据，并避免了使用多个 goroutine 进行同步和等待的问题。

使用 default 实现非阻塞读写

import (
  "fmt"
  "time"
)

func main() {
  ch := make(chan int, 1)

go func() {
     for i := 1; i <= 5; i++ {
        ch <- i
        time.Sleep(1 * time.Second)
     }
     close(ch)
  }()

for {
     select {
     case val, ok := <-ch:
        if ok {
           fmt.Println(val)
        } else {
           ch = nil
        }
     default:
        fmt.Println("No value ready")
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
     }
     if ch == nil {
        break
     }
  }
}

执行结果（每次执行程序打印的顺序都不一致）：

No value ready
1
No value ready
2
No value ready
No value ready
3
No value ready
No value ready
4
No value ready
No value ready
5
No value ready
No value ready

这个代码中，使用了 default 分支来实现非阻塞的通道读取和写入操作。在 select 语句中，如果有通道已经准备好进行读写操作，那么就会执行相应的分支。但是如果没有任何通道准备好读写，那么就会执行 default 分支中的代码。

select 的注意事项

以下是关于 select 语句的一些注意事项：

• select 语句只能用于通信操作，如 channel 的读写，不能用于普通的计算或函数调用。

• select 语句会阻塞，直到至少有一个 case 语句满足条件。 如果有多个 case 语句满足条件，则会随机选择一个执行。

• 如果没有 case 语句满足条件，并且有 default 语句，则会执行 default 语句。

• 在 select 语句中使用 channel 时，必须保证 channel 是已经初始化的。

• 如果一个通道被关闭，那么仍然可以从它中读取数据，直到它被清空，此时会返回通道元素类型的零值和一个布尔值，指示通道是否已关闭。

总之，在使用 select 语句时，要仔细考虑每个 case 语句的条件和执行顺序，避免死锁和其他问题。

来源：https://juejin.cn/post/7210005376653377597