Golang通道阻塞情况与通道无阻塞实现小结_Golang

一、通道阻塞原理

在go语言中，通道会在以下情况下发生阻塞：

如果通道已满，并且没有协程在读取通道中的数据，那么任何试图将数据写入通道的协程都会被阻塞，直到有空间可用为止。
如果通道为空，并且没有协程在等待从通道中读取数据，那么任何试图从通道中读取数据的协程都会被阻塞，直到有数据可用为止。

二、通道阻塞场景

在channel中，无论是有缓存通道、无缓冲通道都存在阻塞的情况。阻塞场景共4个，有缓存和无缓冲各2个。

2.1 无缓冲通道

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：

通道中无数据，但执行读通道。
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。

2.2 有缓存通道

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，它阻塞场景是：

通道的缓存无数据，但执行读通道。
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!
}

三、通道无阻塞读写

3.1 select实现无阻塞读写

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；

// 1.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
}

// 2. 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")
    }
}

// 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
}

注：示例代码中的output注释代表函数的执行结果

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。

3.2 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，给通道增加读写数据的容忍时间，如果500ms内无法读写，就即刻返回。示例代码修改一下会是这样：

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：