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为什么需要 channel,channel 死锁问题分析 channel 死锁

本篇文章接着 hello world 的并发实现一文介绍 Go 的 channel 类型,同时进一步介绍 channel 的几种死锁情况,这些都是代码中很容易遇到的,要重点摘出来讲,防止一不留神程序就“死”了。

1. 为什么需要 channel?

channel 是一种通道类型,它通过发送和接收需要共享的资源,实现共享资源在 goroutine 之间的同步。说起来有点枯燥,来看一段代码:

func speak(words *string) {
    *words = "hello world"
}

func listen(words string) {
    fmt.Printf("listen %s\n", words)
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    var words string
    go speak(&words)
    go listen(words)
}

这段代码的初衷是开启两个 goroutine,其中 speak goroutine 写字符 “hello world” 给 words,而 listen goroutine 打印字符。执行代码发现什么都没打印,这是因为主main goroutine 还没等两个 goroutine 运行就提前结束了。那么加上 sync 等待每个 goroutine 运行,继续改写代码:

func speak(words *string) {
    defer wg.Done()
    *words = "hello world"
}

func listen(words string) {
    defer wg.Done()
    fmt.Printf("listen %s\n", words)
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    wg.Add(2)
    var words string
    go speak(&words)
    go listen(words)
    wg.Wait()
}

执行结果:

listen

可以看到两个 goroutine 都执行了,不过由于是并发执行,并没有实现我们想要的打印 hello world 效果。

因此一个问题就冒出来了,各个 goroutine 间怎么知道彼此是否执行完毕了呢?或者换个问法,各个 goroutine 间怎么实现相互同步呢?
这时候令人欢呼雀跃,让人疯狂的 channel 迈着矫健的步伐闪亮登场了,它彷佛在说快用我,快用我。没错,使用 channel 可以很好的解决这个问题。改下代码如下:

func speak(words chan string) {
    defer wg.Done()
    words <- "hello world"
}

func listen(words chan string) {
    defer wg.Done()
    value := <-words
    fmt.Printf("listen %s", value)
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    wg.Add(2)
    words := make(chan string)
    go speak(words)
    go listen(words)
    wg.Wait()
}

执行结果:

listen hello world

可以看到,引入 channel 很容易的打印出想要的效果。
值得注意的是: 引入 channel,这里的 sync 还是必须的,如果不要的话 main goroutine 还是会不等两个 goroutine 运行完而提前走人。

关于 channel 的使用,分类,关闭和遍历等内容不在本篇文章的讨论范围之内。接下来直接看使用 channel 会遇到的几种死锁情况。

2. channel 死锁

2.1 死锁名场面1

代码示例:

func speak(words chan string) {jing
    defer wg.Done()
    words <- "hello world"
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    wg.Add(2)
    words := make(chan string)
    go speak(words)
    wg.Wait()
}

上述代码往 channel 中写入字符串,但是没有 goroutine 接收 channel 中的字符串导致程序阻塞在传值,引发死锁。

func listen(words chan string) {
    defer wg.Done()
    value := <-words
    fmt.Printf("listen %s", value)
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    wg.Add(2)
    words := make(chan string)
    go listen(words)
    wg.Wait()
}

与前面死锁情况类似,这里没有 goroutine 往 channel 内写字符,导致程序阻塞在取值,引发死锁。

2.2 死锁名场面2

func speak(words chan string) {
    defer wg.Done()
    words <- "hello world"
}

func listen(words chan string) {
    defer wg.Done()

    disturber := make(chan string)
    disturber <- "hi"

    value := <-words
    fmt.Printf("listen %s", value)
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    wg.Add(2)
    words := make(chan string)
    go speak(words)
    go listen(words)
    wg.Wait()
}

进一步的,这里添加了另一个 channel disturber,它将接收字符串。
程序依然会出现死锁。因为两个 goroutine 都在等着通道 words 和 disturber 的值被接收,即便 value 会取 words 的值,但由于 disturber 的值没有接收,程序会一直阻塞在 disturber 传值这里,导致死锁。

2.3 死锁名场面3

改写代码如下:

func cal_hello_num_(word string, ch chan int) {
    defer wg.Done()

    /* 通道是收方双方的,如果收和方是一对多的关系则需对方发进行限制,防止竞争抢占 */
    mutex.Lock()
    number++
    ch <- number
    fmt.Printf("say: %s, %d\n", word, number)
    mutex.Unlock()
}

func show_hello_num_(ch chan int) {
    defer wg.Done()
    for {
        num, ok := <-ch
        if !ok {
            fmt.Printf("\nnum: %d", num)
            break
        }
    }
}

func num_say_hello_channel(ch chan int) {
    go cal_hello_num_("w", ch)
    go cal_hello_num_("o", ch)
    go cal_hello_num_("r", ch)
    go cal_hello_num_("l", ch)
    go cal_hello_num_("d", ch)
    go show_hello_num_(ch)
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2)
    wg.Add(6)
    ch := make(chan int)
    num_say_hello_channel(ch)
    wg.Wait()
}

代码很简单这里就不介绍了,查看执行结果:

say: w, 1
say: r, 2
say: o, 3
say: l, 4
say: d, 5
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

报死锁了,为什么呢?
细看之下发现问题出在 for 循环这里,for 循环持续从通道 ch 读数据,当通道中无数据可读的时候相当于阻塞在通道取值,从而引发死锁。这是对于无缓冲通道的取值而言,对于有缓冲的通道也是适用的,有缓冲的通道数据读完了也相当于无缓冲的通道。

知道了哪里错了在解决起来就不难了,在最后一个 goroutine 传通道值后将通道 close 掉,后面使用 for 读取已经关闭的通道将输出 ok 为 false:

func cal_hello_num_(word string, ch chan int) {
    defer wg.Done()

    /* 经典案例: 通道是收方双方的,如果收和方是一对多的关系则需对方发进行限制,防止竞争抢占 */
    mutex.Lock()
    number++
    ch <- number
    fmt.Printf("say: %s, %d\n", word, number)

    if number == 5 {
        fmt.Printf("close channel")
        close(ch)
    }

    mutex.Unlock()
}

执行结果:

say: w, 1
say: o, 2
say: r, 3
say: l, 4
say: d, 5
close channel
num: 0

芝兰生于空谷,不以无人而不芳。

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