讲透Go中的并发接收控制结构select

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2021年7月28日Golang评论3,696字数 3893阅读12分58秒阅读模式

本节源码位置 https://github.com/golang-minibear2333/golang/blob/master/4.concurrent/4.5-select

4.5.1 select与switch

让我们来复习一下switch语句，在switch语句中，会逐个匹配case语句(可以是值也可以是表达式)，一个一个的判断过去，直到有符合的语句存在，执行匹配的语句内容后跳出switch。

func demo(number int){
    switch{
        case number >= 90:
        fmt.Println("优秀")
        default:
        fmt.Println("太搓了")
    }
}

而 select 用于处理通道，它的语法与 switch 非常类似。每个 case 语句里必须是一个 channel 操作。它既可以用于 channel 的数据接收，也可以用于 channel 的数据发送。

func foo() {
    chanInt := make(chan int)
    defer close(chanInt)
    go func() {
        select {
        case data, ok := <-chanInt:
            if ok {
                fmt.Println(data)
            }
        default:
            fmt.Println("全部阻塞")
        }
    }()
    time.Sleep(time.Second)
    chanInt <- 1
}

输出1

这是一个简单的接收发送模型。
如果 select 的多个分支都满足条件，则会随机的选取其中一个满足条件的分支。
第6行加上ok是因为上一节讲过，如果不加会导致通道关闭时收到零值。
回忆之前的知识，接收和发送应该在不同的goroutine里。
其次select default子协程，在case都处于阻塞状态时，会直接执行default的内容。导致子协程提前退出，主协程中的写入操作会一直阻塞(等待接收者，接收者已经退出了) 触发死锁
倒数第二行加了sleep 1秒，是因为让select语句提前结束的问题暴露出来。

全部阻塞
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.bar()

select 执行完了，退出了goroutine，而发送才刚刚执行到，没有与其匹配的接收，故死锁。

正确的做法是把接收套在循环里面。

func bar() {
    chanInt := make(chan int)
    defer close(chanInt)
    go func() {
        for {
            select {
                ...
            }
        }
    }()
    chanInt <- 1
}

不再死锁了
假如程序不停止，会出现一个泄露的goroutine，永远的在for循环中无法跳出，此时引入下一节的内容

4.5.2 通知机制

Go 语言总是简单和灵活的，虽然没有针对提供专门的机制来处理退出，但我们可以自己组合

func main() {
    chanInt, done := make(chan int), make(chan struct{})
    defer close(chanInt)
    defer close(done)
    go func() {
        for {
            select {
            case <-chanInt:
            case <-done:
                return
            }
        }
    }()
    done <- struct{}{}
}

没有给chanInt发送任何东西，按理说会阻塞，导致goroutine泄露
但可以使用额外的通道完成协程的退出控制
这种方式还可以做到周期性处理任务，下一节我们再详细讲解

4.5.3 case执行原理

假如case后左边和右边跟了函数，会执行函数，我们来探索一下。

定义A、B函数，作用相同

func A() int {
    fmt.Println("start A")
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("end A")
    return 1
}

定义函数lee，请问该函数执行完成耗时多少呢？

func lee() {
    ch, done := make(chan int), make(chan struct{})
    defer close(ch)
    go func() {
        select {
        case ch <- A():
        case ch <- B():
        case <-done:
        }
    }()
    done <- struct{}{}
}

答案是2秒

start A
end A
start B
end B
main.leespend time: 2.003504395s

select扫描是从左到右从上到下的，按这个顺序先求值，如果是函数会先执行函数。
然后立马判断是否可以立即执行（这里是指case是否会因为执行而阻塞）。
所以两个函数都会进入，而且是先进入A再进入B，两个函数都会执行完，所以等待时间会累计。
所以不应该在case判断中放函数。

如果都不会阻塞，此时就会使用一个伪随机的算法，去选中一个case，只要选中了其他就被放弃了。

4.5.4 超时控制

我们来模拟一个更真实点的例子，让程序一段时间超时退出。

定义一个结构体

type Worker struct {
    stream  <-chan int //处理
    timeout time.Duration //超时
    done    chan struct{} //结束信号
}

定义初始化函数

func NewWorker(stream <-chan int, timeout int) *Worker {
    return &Worker{
        stream:  stream,
        timeout: time.Duration(timeout) * time.Second,
        done:    make(chan struct{}),
    }
}

定义超时处理函数

func (w *Worker) afterTimeStop() {
    go func() {
        time.Sleep(w.timeout)
        w.done <- struct{}{}
    }()
}

超过时间发送结束信号

接收数据并处理函数

func (w *Worker) Start() {
    w.afterTimeStop()
    for {
        select {
        case data, ok := <-w.stream:
            if !ok {
                return
            }
            fmt.Println(data)
        case <-w.done:
            close(w.done)
            return
        }
    }
}

收到结束信号关闭函数
这样的方法就可以让程序在等待 1 秒后继续执行，而不会因为 ch 读取等待而导致程序停滞。

func main() {
    stream := make(chan int)
    defer close(stream)

    w := NewWorker(stream, 3)
    w.Start()
}

实际3秒到程序运行结束。好在官方已经考虑到这一点，为我们提供了现成的方案。

4.5.5 官方超时方案

go func() {
    t := time.NewTicker(timeout)
    defer t.Stop()
    for {
        select {
        case data := <-chanInt:
            t.Reset(timeout)
        case <-t.C:
        case <-done:
            return
        }
    }
}()

time.NewTicker创建了一个定时器，参数为时间间隔，并返回一个结构体t。
t.C 是一个仅可接收的channel，会根据时间间隔定时执行任务，也可以作为超时任务使用。
t.Reset(timeout) 重置时间，因为select进入一个case，后续的执行会有耗时，所以要重置时间保证时间的精准。

这种方式巧妙地实现了超时处理机制，这种方法不仅简单，在实际项目开发中也是非常实用的。

在生产中，常常把buf积累到一定数量然后flush出去，假如数据产生速度太慢，就要靠定时器定时消费，看下面完整的例子。

func main() {
    chanInt, done := make(chan int), make(chan struct{})
    defer close(chanInt)
    defer close(done)
    go func() {
        ...
    }()
    for i := 0; i < 100; i++ {
        if i%10 == 0 {
            time.Sleep(time.Second)
        }
        chanInt <- 1
    }
    done <- struct{}{}
}

产生100个数，每10个数暂停1秒，用来模拟数据产生速度慢，go func() 内容如下：

go func() {
    timeout := time.Second
    t := time.NewTicker(timeout)
    defer t.Stop()
    buf := make([]int, 0, 5)
    for {
        select {
        case data := <-chanInt:
            t.Reset(timeout)
            if len(buf) < cap(buf) {
                buf = append(buf, data)
            } else {
                go send(buf)
                buf = make([]int, 0, cap(buf))
            }
        case <-t.C:
            if len(buf) > 0 {
                go send(buf)
                buf = make([]int, 0, cap(buf))
            }
        case <-done:
            return
        }
    }
}()