Golang通道阻塞情况与通道无阻塞实现
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。
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func ReadNoDataFromNoBufCh() {
noBufCh := make(chan int)
<-noBufCh
fmt.Println("read from no buffer channel success")
}
func WriteNoBufCh() {
ch := make(chan int)
ch <- 1
fmt.Println("write success no block")
}
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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。
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func ReadNoDataFromBufCh() {
bufCh := make(chan int, 1)
<-bufCh
fmt.Println("read from no buffer channel success")
}
func WriteBufChButFull() {
ch := make(chan int, 1)
ch <- 100
ch <- 1
fmt.Println("write success no block")
}
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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；
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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")
}
}
func ReadNoDataFromNoBufChWithSelect() {
bufCh := make(chan int)
if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil {
fmt.Println(err)
} else {
fmt.Printf("read: %d\n", v)
}
}
func ReadNoDataFromBufChWithSelect() {
bufCh := make(chan int, 1)
if v, err := ReadWithSelect(bufCh); err != nil {
fmt.Println(err)
} else {
fmt.Printf("read: %d\n", v)
}
}
func WriteChWithSelect(ch chan int) error {
select {
case ch <- 1:
return nil
default:
return errors.New("channel blocked, can not write")
}
}
func WriteNoBufChWithSelect() {
ch := make(chan int)
if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil {
fmt.Println(err)
} else {
fmt.Println("write success")
}
}
func WriteBufChButFullWithSelect() {
ch := make(chan int, 1)
ch <- 100
if err := WriteChWithSelect(ch); err != nil {
fmt.Println(err)
} else {
fmt.Println("write success")
}
}
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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：
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| 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")
}
}
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结果就会变成超时返回：
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| read time out
write time out
read time out
write time out
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四、总结
本篇文章介绍了在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。
以及解决阻塞的2种办法：
- 使用select的default语句，在channel不可读写时，即可返回
- 使用select+定时器，在超时时间内，channel不可读写，则返回
五、参考链接
- 大彬，http://lessisbetter.site/2018/11/03/Golang-channel-read-and-write-without-blocking/
- https://studygolang.com/articles/6024
