使用通道作為通訊機制

8 分鐘

在 Go 中，通道是 Goroutine 之間的通訊機制。請記住，我們之前說過 Go 的並行處理方法是：「請不要藉由共用記憶體進行通訊；相反地，藉由通訊來共用記憶體」。需要將值從一個 Goroutine 傳送到另一個 Goroutine 時，您可以使用通道。現在讓我們一起了解通道如何運作，以及如何使用通道來撰寫並行的 Go 程式。

通道的語法

因為通道是收送資料的通訊機制，所以也有類型的分別。這表示您只能傳送資料給通道支援的類型。您可以使用關鍵字 chan 做為通道的資料類型，但您也必須指定要通過通道的資料類型，例如 int 類型。

每當您在函式中宣告通道，或在參數中指定通道時，都必須使用 chan <type>，例如 chan int。若要建立通道，您需要使用內建的 make() 函式：

ch := make(chan int)

通道可以執行傳送資料及接收資料兩項作業。若要指定通道支援的作業類型，必須使用通道運算子 <-。此外，在通道中執行傳送資料及接收資料兩項作業會受到限制。後文中將會說明其原因。

當您想要表示通道只能傳送資料時，請在通道之後使用 <- 運算子。當您想要表示通道接收資料時，請在通道之前使用 <- 運算子，如這些範例所示：

ch <- x // sends (or writes ) x through channel ch
x = <-ch // x receives (or reads) data sent to the channel ch
<-ch // receives data, but the result is discarded

另一項可以在通道中使用的作業，就是關閉通道。若要關閉通道，請使用內建的 close() 函式：

close(ch)

當您關閉通道時，表示資料不再透過通道傳送。若您嘗試將資料傳送到已經關閉的通道，將會導致程式發生問題；若您嘗試從已經關閉的通道接收資料，還是能讀取傳送的所有資料。之後每次「讀取」都會傳回一個零值。

現在讓我們回到先前建立的程式，使用通道移除睡眠功能。首先，我們要在 main 函式中建立字串通道，如下所示：

ch := make(chan string)

接著移除睡眠行 time.Sleep(3 * time.Second)。

如此就能使用通道在 Goroutine 之間進行通訊。我們不打算列印 checkAPI 函式的結果，而要重構我們的程式碼，透過通道傳送該訊息。若要使用該函式的通道，必須新增該通道作為參數。 checkAPI 函式看起來應像這樣：

func checkAPI(api string, ch chan string) {
    _, err := http.Get(api)
    if err != nil {
        ch <- fmt.Sprintf("ERROR: %s is down!\n", api)
        return
    }

    ch <- fmt.Sprintf("SUCCESS: %s is up and running!\n", api)
}

請注意，我們必須使用 fmt.Sprintf 函式，因為我們不想列印任何文字，只是要跨通道傳送格式化文字。此外也請注意，我們會在通道變數之後使用 <- 運算子來傳送資料。

現在您必須變更 main 函式來傳送通道變數，並接收資料來列印輸出，如下所示：

ch := make(chan string)

for _, api := range apis {
    go checkAPI(api, ch)
}

fmt.Print(<-ch)

請注意，在通道之前使用 <- 運算子，表示我們想要從通道讀取資料。

當您重新執行程式時，會出現如下的輸出：

ERROR: https://api.somewhereintheinternet.com/ is down!

Done! It took 0.007401217 seconds!

即便我們沒有呼叫睡眠函式，程式也照常運作了對吧？但我們並未達成我們的目的。我們建立了 5 個 Goroutine，卻只有一個產生輸出。在下節中，我們將會探討程式為何如此運作。

無法緩衝的通道

根據預設，當您使用 make() 函式建立通道時，也會建立一條無法緩衝的通道。無法緩衝的通道會等待有人可以接收資料時，才會執行傳送作業。如先前所述，在通道中執行傳送資料及接收資料兩項作業會受到限制的原因。此封鎖作業也是上節中，程式在收到第一則訊息後隨即停止的原因。

我們可以從 fmt.Print(<-ch) 限制程式執行開始說起，因為程式會從通道讀取資料，並等候資料到達。當程式取得資料之後，就會繼續執行下一行，直到程式完成。

那麼剩下的 Goroutine 又會如何？這些 Goroutine 仍會繼續執行，但其中無一執行接聽的工作。加上程式提早完成，導致有一些 Goroutine 無法傳送資料。我們可以新增另一個 fmt.Print(<-ch) 來證明這點，如下所示：

ch := make(chan string)

for _, api := range apis {
    go checkAPI(api, ch)
}

fmt.Print(<-ch)
fmt.Print(<-ch)

當您重新執行程式時，會出現如下的輸出：

ERROR: https://api.somewhereintheinternet.com/ is down!
SUCCESS: https://api.github.com is up and running!
Done! It took 0.263611711 seconds!

請注意，您現在會看到兩個 API 的輸出。當您繼續新增更多的 fmt.Print(<-ch) 行時，最終將會讀取所有要傳送給通道的資料。但是，若您嘗試讀取更多資料，但已無資料傳送過來時會如何？結果類似下列範例所示：

ch := make(chan string)

for _, api := range apis {
    go checkAPI(api, ch)
}

fmt.Print(<-ch)
fmt.Print(<-ch)
fmt.Print(<-ch)
fmt.Print(<-ch)
fmt.Print(<-ch)
fmt.Print(<-ch)

fmt.Print(<-ch)

當您重新執行程式時，會出現如下的輸出：

ERROR: https://api.somewhereintheinternet.com/ is down!
SUCCESS: https://api.github.com is up and running!
SUCCESS: https://management.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://graph.microsoft.com is up and running!
SUCCESS: https://outlook.office.com/ is up and running!
SUCCESS: https://dev.azure.com is up and running!

程式能夠正常運作，但還沒有完成。因為最後一行列印行會繼續等待接收資料，所以不會印出。您必須使用類似 Ctrl+C 的命令來關閉程式。

上一個範例只在證明讀取資料與接收資料都會受到限制。若要修正此問題，您可以將程式碼變更為 for 迴圈，並只接收您確定要傳送的資料，如此範例所示：

for i := 0; i < len(apis); i++ {
    fmt.Print(<-ch)
}

這是程式的最終版本，以防您的版本出現問題：

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
    "time"
)

func main() {
    start := time.Now()

    apis := []string{
        "https://management.azure.com",
        "https://dev.azure.com",
        "https://api.github.com",
        "https://outlook.office.com/",
        "https://api.somewhereintheinternet.com/",
        "https://graph.microsoft.com",
    }

    ch := make(chan string)

    for _, api := range apis {
        go checkAPI(api, ch)
    }

    for i := 0; i < len(apis); i++ {
        fmt.Print(<-ch)
    }

    elapsed := time.Since(start)
    fmt.Printf("Done! It took %v seconds!\n", elapsed.Seconds())
}

func checkAPI(api string, ch chan string) {
    _, err := http.Get(api)
    if err != nil {
        ch <- fmt.Sprintf("ERROR: %s is down!\n", api)
        return
    }

    ch <- fmt.Sprintf("SUCCESS: %s is up and running!\n", api)
}

當您重新執行程式時，會出現如下的輸出：

ERROR: https://api.somewhereintheinternet.com/ is down!
SUCCESS: https://api.github.com is up and running!
SUCCESS: https://management.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://dev.azure.com is up and running!
SUCCESS: https://graph.microsoft.com is up and running!
SUCCESS: https://outlook.office.com/ is up and running!
Done! It took 0.602099714 seconds!

程式會執行應執行的動作。您不再使用睡眠函式，而會使用通道。另外也請注意，若未使用並行，現在大約 600 毫秒就能完成，而不需要將近 2 秒。

最後，我們可以說無法緩衝的通道會同步傳送及接收作業。即使使用並行，通訊仍會同步。

使用通道作為通訊機制

通道的語法

無法緩衝的通道

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