go语言channel（管道）和 select的结合使用

给个小建议：如果是初学者，建议把基础知识朗读一遍，有个大概印象，后面思考多了，就会“由量变达到质变”，从而有所顿悟。

一、基础知识

1. 在Go语言中，管道是协程间通信的方式
2. 管道是nil，则读写都会永久阻塞
3. 管道关闭（通过close()函数关闭），则读 ；写 ，会触发panic
4. 数据读写

   

5. 创建管道的两种方式：

   // 声明管道，值为nil
   var ch chan int 
   
   // make创建无缓冲管道和带缓冲管道
   ch1 := make(chan string)
   ch2 := make(chan string, 10)
   

6. 管道是双向可用的，在函数间传递时，可以通过操作符（<-）来控制管道的可读和可写。

   func ChanParamRW(ch chan int) {
   	// 管道可读写
   }
   
   func ChanParamR(ch <- chan int) {
   	// 只能从管道读取数据
   }
   
   func ChanParaW(ch chan<- int) {
   	// 只能向管道写入数据
   }
   

二、例子1

1、管道ch的缓冲区为10，select中有case读取管道的数据

代码示例

func main() {
	ch := make(chan int, 10)
	go func() {
		for i := 0; i < 20; i++ {
			select {
			case ch <- 1:
				fmt.Println("输入1")
			case ch <- 2:
				fmt.Println("输入2")
			case <-ch:
				fmt.Println("输出")
			default:
				fmt.Println("default")
			}
		}

	}()

	time.Sleep(time.Millisecond)
}

输出结果

输入2
输入2
输入2
输入1
输入2
输入2
输出
输入2
输入2
输入2
输入1
输入1
输出
输入1
输出
输入2
输出
输出
输出
输入1

2、管道ch的缓冲区为10，select中有case读取管道的数据

代码示例

func main() {
	ch := make(chan int, 10)
	go func() {
		for i := 0; i < 20; i++ {
			select {
			case ch <- 1:
				fmt.Println("输入1")
			case ch <- 2:
				fmt.Println("输入2")			
			default:
				fmt.Println("default")
			}
		}

	}()

	time.Sleep(time.Millisecond)
}

输出结果

输入2
输入1
输入1
输入1
输入2
输入2
输入2
输入2
输入1
输入1
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default

3、管道ch的缓冲区为10 ，select中有case读取管道的数据

代码示例

func main() {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		for i := 0; i < 20; i++ {
			select {
			case ch <- 1:
				fmt.Println("输入1")
			case ch <- 2:
				fmt.Println("输入2")
			case <-ch:
				fmt.Println("输出")
			default:
				fmt.Println("default")
			}
		}
	}()

	time.Sleep(time.Millisecond)
}

输出结果

default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default

4、管道ch的缓冲区为10，select中有case读取管道的数据

代码示例

`func main() {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		for i := 0; i < 20; i++ {
			select {
			case ch <- 1:
				fmt.Println("输入1")
			case ch <- 2:
				fmt.Println("输入2")
			default:
				fmt.Println("default")
			}
		}
	}()

	time.Sleep(time.Millisecond)
}

输出结果

default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default
default

5、补充知识：channel底层的等待队列

在runtime包中hchan定义了管道的数据结构，里面有recvq和sendq这两个等待队列。

type hchan struct {
	```
	recvq waitq 								// 等待读消息的协程队列
	sendq waitq								// 等待写消息的协程队列
	
	```
}

（1）协程阻塞，加入等待队列

• 从管道「读取数据」时，如果「管道缓冲区为空」或「没有缓冲区」，则当前协程会被阻塞，并被加入recvq队列。
• 向管道「写入数据」时，如果「管道缓冲区已满」或「没有缓冲区」，则当前协程会被阻塞，并被加入sendq队列。

举例:下面展示了一个没有缓冲区的管道，有几个协程阻塞等待读数据。

（2）协程被唤醒：

• 因「读阻塞的协程」会被「向管道写入数据的协程」唤醒；
• 因「写阻塞的协程」会被「从管道读取数据的协程」唤醒。

处于等待队列中的协程会在其他协程操作管道时被唤醒。
问：为什么说是其他协程呢？
答： 加入到等待队列中的协程应该是阻塞的才对，不管是读操作阻塞还是写操作阻塞，在同一个协程程序中后面的读写操作都是无法执行的，这个时候就只能由其他协程来写或读帮助唤醒这个协程，如果没有其他协程帮忙唤醒，就会出现死锁。

如果没有缓冲区的情况下，在同一个协程内进行写和读，因为没有其他协程去读这个管道，就会一直阻塞写这一步，从而出现死锁；

如果有缓冲区并且缓冲区未满的情况下，因为有缓冲区帮忙缓冲数据，所以在同一个协程内进行读和写是没有问题的。

（3）同一个协程里面，管道无缓冲区，会死锁

代码示例

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

	fmt.Println(<-ch)

	time.Sleep(time.Millisecond)
}

输出结果

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
        /Users/dns/GolandProjects/code/select/demo01.go:10 +0x37
exit status 2

底层示意图

（4）同一个协程里面，管道有缓冲区，不会死锁

代码示例

func main() {
	ch := make(chan int, 10)
	ch <- 1
	
	fmt.Println(<-ch)

	time.Sleep(time.Millisecond)
}

输出结果

1

底层示意图

注意：

① 一般情况下，recvq 和 sendq 至少有一个为空（因为对于同一个管道而言，如果有读协程的话，那么等待队列中就不会有写协程，如果是有读有写，协程就不会阻塞，就不会被添加到等待队列中）。

② 特殊情况：同一个协程使用select语句向管道一边写入数据，一边读取数据，此时协程就会分别位于两个等待队列中。
具体来说就是：

• 在一个协程中用select去监听「该协程向一个管道写入数据」，并且同时去监听「该协程向同一个管道读取数据」；
• 该协程会位于等待队列中，是因为读写操作阻塞了；
• 该协程会同时位于两个等待队列中，是因为select有多路复用的机制，能够同时监听多个case，同一个协程进行多个读写操作阻塞，自然就会同时放在两个等待队列中；
• 假设读操作不阻塞的话，也就是其他协程中有对该管道写入数据，那么recvq等待队列里面就会把该协程移除，该协程就自然不会放在recvq等待队列中，select也就能够去随机执行一个case。

6、补充知识：select

1. select功能：解决多个管道的选择问题，也可以叫多路复用，可以从多个管道中随机公平地选择一个来执行
2. case后面必须进行的是io操作，不能是等值，随机去选择一个io操作
3. default防止select被阻塞住，加入default

7、总结

1. 在同一个协程中，select监听同一个channel的读和写，如果该channel有缓冲区，那么for循环下，select会随机执行读或写的case，一边取出一边放入，这样缓冲区就不会满了；
2. 在同一个协程中，select监听同一个channel的写，没有读，如果该channel有缓冲区，那么for循环下，select会随机执行读或写的case，只有放入，这样缓冲区就会容易写满而导致写操作阻塞，最后只能执行default；
3. 在同一个协程中，select监听同一个channel的读和写，如果该channel无缓冲区，那么此时管道既不能读也不能写，所以会直接输出default（如果没有default，select就会陷入阻塞，直到任意一个管道解除阻塞；有了default，select就是非阻塞的）；
4. 在同一个协程中，select监听同一个channel的写，没有读，如果该channel无缓冲区，此时管道也不能读，所以会直接输出default。

三、例子2

代码示例

var channels = [3]chan int{
	nil,
	make(chan int),
	nil,
}

var numbers = []int{1, 2, 3}

func main() {
	time.Sleep(time.Millisecond)
	select {
	case getChan(0) <- getNumber(0):
		fmt.Println("The first candidate case is selected.")
	case getChan(1) <- getNumber(1):
		fmt.Println("The second candidate case is selected.")
		fmt.Println("")
	case getChan(2) <- getNumber(2):
		fmt.Println("The second candidate case is selected.")
		fmt.Println("")
	default:
		fmt.Println("No candidate case is selected.")
	}
}

func getNumber(i int) int {
	fmt.Printf("numbers[%d]\n", i)
	return numbers[i]
}

func getChan(i int) chan int {
	fmt.Printf("channels[%d]\n", i)
	return channels[i]
}

输出结果

channels[0]
numbers[0]
channels[1]
numbers[1]
channels[2]
numbers[2]
No candidate case is selected.

select 语句的执行顺序

1. 从上到下完成所有case后面的表达式
2. case后面的表达式是从左往右依次执行
   因此控制台会依次输出所有channels[]、numbers[]
3. 等所有表达式执行完成后，才会执行候选语句；
   执行default，是因为case后面的表达式因为阻塞，而导致条件不成立。具体来说就是：第一个和第三个case管道值为nil，所以不管是读还是写管道，都会阻塞；第二个case是向无缓冲区的管道中写入数据，所以需要有其他协程来帮忙从管道中读数据，因为没有其他协程的帮忙，所以会阻塞。因而最终执行成功的case就只有default，其他的case都只是执行了case后面附带的表达式而已。

四、参考资料

1. 《Go专家编程》
2. 马士兵教育 【协程与管道】select功能