Golang通道阻塞情况与通道无阻塞实现

个人博客

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)<-noBufChfmt.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 <- 1fmt.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)<-bufChfmt.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 fullch <- 100ch <- 1fmt.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, nildefault: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 nildefault: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 fullch <- 100if 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, nilcase <-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 nilcase <-timeout.C:return errors.New("write time out")}
}

结果就会变成超时返回：

read time out
write time out
read time out
write time out

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