Go语言并发模型:使用 select

oscarzhao

简介

作为一种现代语言,go语言实现了对并发的原生支持。上几期文章中,我们对goroutine 和 channel进行了详细的讲解。但是要实现对 channel 的控制,从语言层面上来说,select 语句是必不可少的部分。本文中,我们就 select 语句的行为和使用方法进行深入讨论。

阅读建议

本文中的内容是 Go语言并发模型的一篇,但是与上几期关系不是特别密切,可以独立阅读。本文的内容源自于 go language specifications 和 Rob Pike 在2012年进行的一场名为"concurrency" 的演讲。如果有时间的话,建议在 YouTube 上看一下他本人的演讲。

select 语句的行为

为了便于理解,我们首先给出一个代码片段:

// https://talks.golang.org/2012/concurrency.slide#32
select {
case v1 := <-c1:
    fmt.Printf("received %v from c1\n", v1)
case v2 := <-c2:
    fmt.Printf("received %v from c2\n", v1)
case c3 <- 23:
    fmt.Printf("sent %v to c3\n", 23)
default:
    fmt.Printf("no one was ready to communicate\n")
}

上面这段代码中,select 语句有四个 case 子语句,前两个是 receive 操作,第三个是 send 操作,最后一个是默认操作。代码执行到 select 时,case 语句会按照源代码的顺序被评估,且只评估一次,评估的结果会出现下面这几种情况:

  1. 除 default 外,如果只有一个 case 语句评估通过,那么就执行这个case里的语句;

  2. 除 default 外,如果有多个 case 语句评估通过,那么通过伪随机的方式随机选一个;

  3. 如果 default 外的 case 语句都没有通过评估,那么执行 default 里的语句;

  4. 如果没有 default,那么 代码块会被阻塞,指导有一个 case 通过评估;否则一直阻塞

如果 case 语句中 的 receive 操作的对象是 nil channel,那么也会阻塞,下面我们看一个更全面、用法也更高级的例子:

// https://golang.org/ref/spec#Select_statements
var a []int
var c, c1, c2, c3, c4 chan int
var i1, i2 int
select {
case i1 = <-c1:
    print("received ", i1, " from c1\n")
case c2 <- i2:
    print("sent ", i2, " to c2\n")
case i3, ok := (<-c3):  // same as: i3, ok := <-c3
    if ok {
        print("received ", i3, " from c3\n")
    } else {
        print("c3 is closed\n")
    }
case a[f()] = <-c4:
    // same as:
    // case t := <-c4
    //    a[f()] = t
default:
    print("no communication\n")
}

for {  // 向 channel c 发送随机 bit 串
    select {
    case c <- 0:  // note: no statement, no fallthrough, no folding of cases
    case c <- 1:
    }
}

select {}  // 永久阻塞

注意:与 C/C++ 等传统编程语言不同,go语言的 case 语句不需要 break 关键字去跳出 select。

select 的使用

为请求设置超时时间

在 golang 1.7 之前, http 包并没有引入 context 支持,通过 http.Client 向一个坏掉的服务发送请求会导致响应缓慢。类似的场景下,我们可以使用 select 控制服务响应时间,下面是一个简单的demo:

func main() {
    c := boring("Joe")
    timeout := time.After(5 * time.Second)
    for {
        select {
        case s := <-c:
            fmt.Println(s)
        case <-timeout:
            fmt.Println("You talk too much.")
            return
        }
    }
}

done channel

上几期的文章中,我们均讨论过 done channel,它可以用于保证流水线上每个阶段goroutine 的退出。在 golang.org/x/net 包中,done channel 被广泛应用。这里我们看一眼 golang.org/x/net/context/ctxhttp 中 Do 方法的实现:

// https://github.com/golang/net/blob/release-branch.go1.7/context/ctxhttp/ctxhttp.go

// Do sends an HTTP request with the provided http.Client and returns
// an HTTP response.
//
// If the client is nil, http.DefaultClient is used.
//
// The provided ctx must be non-nil. If it is canceled or times out,
// ctx.Err() will be returned.
func Do(ctx context.Context, client *http.Client, req *http.Request) (*http.Response, error) {
    if client == nil {
        client = http.DefaultClient
    }
    resp, err := client.Do(req.WithContext(ctx))
    // If we got an error, and the context has been canceled,
    // the context's error is probably more useful.
    if err != nil {
        select {
        case <-ctx.Done():
            err = ctx.Err()
        default:
        }
    }
    return resp, err
} 

quit channel

在很多场景下,quit channel 和 done channel 是一个概念。在并发程序中,通常 main routine 将任务分给其它 go routine 去完成,而自身只是起到调度作用。这种情况下,main 函数无法知道 其它goroutine 任务是否完成,此时我们需要 quit channel;对于更细粒度的控制,比如完成多少,还是需要 done channel (参考WaitGroup)。 下面是 quit channel 的一个例子,首先是 main routine:

// 创建 quit channel
quit := make(chan string)
// 启动生产者 goroutine
c := boring("Joe", quit)
// 从生产者 channel 读取结果
for i := rand.Intn(10); i >= 0; i-- { fmt.Println(<-c) }
// 通过 quit channel 通知生产者停止生产
quit <- "Bye!"
fmt.Printf("Joe says: %q\n", <-quit)

我们再看 生产者 go routine 中与 quit channel 相关的部分:

select {
case c <- fmt.Sprintf("%s: %d", msg, i):
    // do nothing
case <-quit:
    cleanup()
    quit <- "See you!"
    return
}

Google Search (延伸阅读)

Google Search 是一个很经典的例子,由于代码较多,有兴趣的童鞋查看 Rob Pike 的 ppt
更高阶的并发方式可以阅读 Sameer Ajmani 的 ppt Advanced Go Concurrency Patterns

并发相关的主题就先到这里,下一期文章中,我们会讨论go语言测试工具链中的单元测试。

相关链接:

  1. Rob Pike演讲:concurrency

  2. language specification: select statement

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赵帅虎
Go语言高级用法等
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