Go語言學習——channel的死鎖

Go語言學習——channel的死鎖

文章轉載：https://www.cnblogs.com/bigdataZJ/p/go-channel-deadlock.html

1 爲什麼會有信道

協程（goroutine）算是Go的一大新特性，也正是這個大殺器讓Go爲很多路人駐足欣賞，讓信徒們爲之歡呼津津樂道。

協程的使用也很簡單，在Go中使用關鍵字“go“後面跟上要執行的函數即表示新啓動一個協程中執行功能代碼。

func main() {
    go test()
    fmt.Println("it is the main goroutine")
    time.Sleep(time.Second * 1)
}
 
func test() {
    fmt.Println("it is a new goroutine")
}

可以簡單理解爲，Go中的協程就是一種更輕、支持更高併發的併發機制。

仔細看上面的main函數中有一個休眠一秒的操作，如果去掉該行，則打印結果中就沒有“it is a new goroutine”。這是因爲新啓的協程還沒來得及運行，主協程就結束了。

所以這裏有個問題，我們怎麼樣才能讓各個協程之間能夠知道彼此是否執行完畢呢？

顯然，我們可以通過上面的方式，讓主協程休眠一秒鐘，等等子協程，確保子協程能夠執行完。但作爲一個新型語言不應該使用這麼low的方式啊。連Java這位老前輩都有Future這種異步機制，而且可以通過get方法來阻塞等待任務的執行，確保可以第一時間知曉異步進程的執行狀態。

所以，Go必須要有過人之處，即另一個讓路人側目，讓信徒爲之瘋狂的特性——信道（channel）。

2 信道如何使用

信道可以簡單認爲是協程goroutine之間一個通信的橋樑，可以在不同的協程裏互通有無穿梭自如，且是線程安全的。

2.1 信道分類

信道分爲兩類

無緩衝信道

ch := make(chan string)

有緩衝信道

ch := make(chan string, 2)

2.2 兩類信道的區別

1、從聲明方式來看，有緩衝帶了容量，即後面的數字，這裏的2表示信道可以存放兩個stirng類型的變量

2、無緩衝信道本身不存儲信息，它只負責轉手，有人傳給它，它就必須要傳給別人，如果只有進或者只有出的操作，都會造成阻塞。有緩衝的可以存儲指定容量個變量，但是超過這個容量再取值也會阻塞。

2.3 兩種信道使用舉例

無緩衝信道

func main() {
    ch := make(chan string)
    go func() {
        ch <- "send"
    }()
     
    fmt.Println(<-ch)
}

在主協程中新啓一個協程且是匿名函數，在子協程中向通道發送“send”，通過打印結果，我們知道在主線程使用<-ch接收到了傳給ch的值。

<-ch是一種簡寫方式，也可以使用str := <-ch方式接收信道值。

上面是在子協程中向信道傳值，並在主協程取值，也可以反過來，同樣可以正常打印信道的值。

func main() {
    ch := make(chan string)
    go func() {
        fmt.Println(<-ch)
    }()
 
    ch <- "send"
}
　

有緩衝信道

func main() {
    ch := make(chan string, 2)
    ch <- "first"
    ch <- "second"
     
    fmt.Println(<-ch)
    fmt.Println(<-ch)
}

執行結果爲
first
second

信道本身結構是一個先進先出的隊列，所以這裏輸出的順序如結果所示。

從代碼來看這裏也不需要重新啓動一個goroutine，也不會發生死鎖（後面會講原因）。

3 信道的關閉和遍歷

3.1 關閉

信道是可以關閉的。對於無緩衝和有緩衝信道關閉的語法都是一樣的。

close(channelName)

注意信道關閉了，就不能往信道傳值了，否則會報錯。

func main() {
    ch := make(chan string, 2)
    ch <- "first"
    ch <- "second"
 
    close(ch)
 
    ch <- "third"
}

報錯信息

panic: send on closed channel

3.2 遍歷

有緩衝信道是有容量的，所以是可以遍歷的，並且支持使用我們熟悉的range遍歷。

func main() {
    chs := make(chan string, 2)
    chs <- "first"
    chs <- "second"
 
    for ch := range chs {
        fmt.Println(ch)
    }
}

輸出結果爲

first
second
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

沒錯，如果取完了信道存儲的信息再去取信息，也會死鎖（後面會講）

4 信道死鎖

有了前面的介紹，我們大概知道了信道是什麼，如何使用信道。

下面就來說說信道死鎖的場景和爲什麼會死鎖（有些是自己的理解，可能有偏差，如有問題請指正）。

4.1 死鎖現場1

func main() {
    ch := make(chan string)
     
    ch <- "channelValue"
}

func main() {
    ch := make(chan string)
     
    <-ch
}

這兩種情況，即無論是向無緩衝信道傳值還是取值，都會發生死鎖。

原因分析

如上場景是在只有一個goroutine即主goroutine的，且使用的是無緩衝信道的情況下。

前面提過，無緩衝信道不存儲值，無論是傳值還是取值都會阻塞。這裏只有一個主協程的情況下，第一段代碼是阻塞在傳值，第二段代碼是阻塞在取值。因爲一直卡住主協程，系統一直在等待，所以系統判斷爲死鎖，最終報deadlock錯誤並結束程序。

延伸

func main() {
    ch := make(chan string)
    go func() {
        ch <- "send"
    }()
}

這種情況不會發生死鎖。

有人說那是因爲主協程發車太快，子協程還沒看到，車就開走了，所以沒來得及抱怨（deadlock）就結束了。

其實不是這樣的，下面舉個反例

func main() {
    ch := make(chan string)
    go func() {
        ch <- "send"
    }()
 
    time.Sleep(time.Second * 3)
}

這次主協程等你了三秒，三秒你總該完事了吧？！

但是從執行結果來看，並沒有子協程因爲一直阻塞就造成報死鎖錯誤。

這是因爲雖然子協程一直阻塞在傳值語句，但這也只是子協程的事。外面的主協程還是該幹嘛幹嘛，等你三秒之後就發車走人了。因爲主協程都結束了，所以子協程也只好結束（畢竟沒搭上車只能回家了，光杵在哪也於事無補）

4.2 死鎖現場2

緊接着上面死鎖現場1的延伸場景，我們提到延伸場景沒有死鎖是因爲主協程發車走了，所以子協程也只能回家。也就是兩者沒有耦合的關係。

如果兩者通過信道建立了聯繫還會死鎖嗎？

func main() {
    ch1 := make(chan string)
    ch2 := make(chan string)
    go func() {
        ch2 <- "ch2 value"
        ch1 <- "ch1 value"
    }()
     
    <- ch1
}

執行結果爲

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

沒錯，這樣就會發生死鎖。

原因分析

上面的代碼不能保證是主線程的<-ch1先執行還是子協程的代碼先執行。

如果主協程先執行到<-ch1，顯然會阻塞等待有其他協程往ch1傳值。終於等到子協程運行了，結果子協程運行ch2 <- "ch2 value"就阻塞了，因爲是無緩衝，所以必須有下家接收值纔行，但是等了半天也沒有人來傳值。

所以這時候就出現了主協程等子協程的ch1，子協程在等ch2的接收者，ch1<-“ch1 value”語句遲遲拿不到執行權，於是大家都在相互等待，系統看不下去了，判定死鎖，程序結束。

相反執行順序也是一樣。

延伸

有人會說那我改成這樣能避免死鎖嗎

func main() {
    ch1 := make(chan string)
    ch2 := make(chan string)
    go func() {
        ch2 <- "ch2 value"
        ch1 <- "ch1 value"
    }()
 
    <- ch1
    <- ch2
}

不行，執行結果依然是死鎖。因爲這樣的順序還是改變不了主協程和子協程相互等待的情況，即死鎖的觸發條件。

改爲下面這樣就可以正常結束

func main() {
    ch1 := make(chan string)
    ch2 := make(chan string)
    go func() {
        ch2 <- "ch2 value"
        ch1 <- "ch1 value"
    }()
 
    <- ch2
    <- ch1
}

藉此，通過下面的例子再驗證上面死鎖現場1是因爲主協程沒受到死鎖的影響所以不會報死鎖錯誤的問題

func main() {
    ch1 := make(chan string)
    ch2 := make(chan string)
    go func() {
        ch2 <- "ch2 value"
        ch1 <- "ch1 value"
    }()
 
    go func() {
        <- ch1
        <- ch2
    }()
 
    time.Sleep(time.Second * 2)
}

我們剛剛看到如果

<- ch1
<- ch2

放到主協程，則會因爲相互等待發生死鎖。但是這個例子裏，將同樣的代碼放到一個新啓的協程中，儘管兩個子協程存在阻塞死鎖的情況，但是不會影響主協程，所以程序執行不會報死鎖錯誤。

4.3 死鎖現場3

func main() {
    chs := make(chan string, 2)
    chs <- "first"
    chs <- "second"
 
    for ch := range chs {
        fmt.Println(ch)
    }
}
　

輸出結果爲

first
second
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

原因分析

爲什麼會在輸出完chs信道所有緩存值後會死鎖呢？

其實也很簡單，雖然這裏的chs是帶有緩衝的信道，但是容量只有兩個，當兩個輸出完之後，可以簡單的將此時的信道等價於無緩衝的信道。

顯然對於無緩衝的信道只是單純的讀取元素是會造成阻塞的，而且是在主協程，所以和死鎖現場1等價，故而會死鎖。

5 總結

1、信道是協程之間溝通的橋樑

2、信道分爲無緩衝信道和有緩衝信道

3、信道使用時要注意是否構成死鎖以及各種死鎖產生的原因