Go语言单向channel的争议

背景

Go内置的数据结构channel相信大家都很熟悉，channel在Go语言里扮演了非常重要的角色。

• channel可以帮助实现goroutine之间的通信和同步。
• Go语言通过goroutine和channel实现了CSP(Communicating Sequencial Process)模型。

Go语言的发明人之一Robe Pike说过下面这句话：

Don't communicate by sharing memory, share memory by communicating.

这句话里隐藏的含义其实是希望Go开发者使用channel来实现goroutine之间的通信。

channel分为2种类型：

• bi-directional channel(双向channel)：既可以往channel里发送数据，也可以从channel接收数据

• uni-directional channel(单向channel)

  • send-only channel：只能往channel发送数据，不能从channel接收数据，否则会编译报错
  • receive-only channel：只能从channel接收数据，不能往channel发送数据，否则会编译报错

单向channel的一个典型使用场景是作为函数或方法参数，用来控制只能往channel发送数据或者只能从channel接收数据，避免误操作。

package main

import (
    "fmt"
)

// send-only channel
func testSendChan(c chan<- int) {
    c <- 20
}

// receive-only channel
func testRecvChan(c <-chan int) {
    result := <-c
    fmt.Println("result:", result)
}

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    testSendChan(ch)
    testRecvChan(ch)
}

比如上面这段程序，testSendChan的参数是一个send-only channel，testRecvChan的参数是一个receive-only channel。

实参ch是一个双向channel，Go runtime会把双向channel转换成单向channel传给对应的函数。

问题

上面的例子是单向channel作为函数形参，双向channel作为函数实参，make函数创建的是一个双向channel。

那我们可以用make来创建单向channel么？make创建的单向channel有实际使用场景么？有潜在的坑么？

我们先看看如下2道题目：

题目1

ch := make(<-chan int)
close(ch)
fmt.Println("ok")

• A: 打印ok
• B: 运行时报错：fatal error - deadlock
• C: 运行时报错：painic
• D: 编译失败

题目2

c := make(chan<- int)
close(c)
fmt.Println("ok")

• A: 打印ok
• B: 运行时报错：fatal error - deadlock
• C: 运行时报错：painic
• D: 编译失败

大家可以先稍微停顿一下，想想这2道题的答案会是什么。

解析

答案

• 题目1的答案是D，题目1创建了一个receive-only channel，只能从channel里接收值，不能往channel里发送值。

  对于receive-only channel不能close，如果做close操作，会有如下报错：

./main.go:9:7: invalid operation: close(ch) (cannot close receive-only channel)

• 题目2的答案是A，题目2创建了一个send-only channel，只能往channel里发送值，不能从channel里接收值。

  对于send-only channel可以正常close。

为什么receive-only channel不能close，但是send-only channel可以close呢？

这是因为receive-only channel表示只能从这个channel里接收数据，使用方对这个channel只有读权限，对channel没有写权限，即不能往channel发送数据或者对channel做close操作。

所以题目1的答案是D，题目2的答案是A。

衍生问题

// send-only channel
func testSendChan(c chan<- int) {
    c <- 20
}

// receive-only channel
func testRecvChan(c <-chan int) {
    result := <-c
    fmt.Println("result:", result)
}

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    testSendChan(ch)
    testRecvChan(ch)
}

上面这段代码是单向channel的典型使用场景，函数实参是双向channel，函数参数是单向channel，我们可以通过send-only channel往channel发送数据，通过receive-only channel从channel里接收数据，这个很好理解。但是要注意的是这里的函数实参是双向channel。

细心的开发者可能有个疑问，对于上面的2道题目，make创建的是单向channel，要么只能往这个channel里发数据，要么只能从这个channel接收数据，而不像上面代码里make创建的channel是个双向channel。

问题来了，对于make创建的单向channel，有实际用途么？

比如make(chan<- int)创建的send-only channel，只能往这个channel发数据，没办法从这个channel里读数据，有啥用么？

比如make(<-chan int)创建的receive-only channel，只能从这个channel里收数据，没办法往这个channel里发数据，有啥用么？

关于这个问题，其实Go语言的大佬之间也产生过比较大的争议。

Golang团队的Brad Fitzpatrick就抱怨过，认为编译器应该直接对make创建单向channel报错，因为make创建的单向channel没啥用。

I'm surprised the compiler permits create send- or receive-only channels:
------
package main

import "fmt"

func main() {
    c := make(<-chan int)
    fmt.Printf("%T\n", c)
}

------

Is that an accident?

I can't see what utility they'd have.

Go语言负责人Russ Cox给的反馈是：认为没有明确理由让编译器禁止make创建单向channel，因为对单向channel如果有非法的操作，编译器还是会报错，而且让编译器直接禁止make创建单向channel会增加Go设计的复杂性，没有必要，得不偿失。

I can't see a reason to disallow it either though.

All I am saying is that explicitly disallowing it adds
complexity to the spec that seems unnecessary.
What bugs or problems does it avoid to make this
special exclusion in the rules for make?
Russ

推荐阅读

• Go Quiz: 从Go面试题看channel的注意事项
• Go Quiz: 从Go面试题看channel在select场景下的注意事项

总结

1. 对于无缓冲区的channel，往channel发送数据和从channel接收数据都会阻塞。

2. 对于nil channel和有缓冲区的channel，收发数据的机制如下表所示：

   channel	nil	空的	非空非满	满了
   往channel发送数据	阻塞	发送成功	发送成功	阻塞
   从channel接收数据	阻塞	阻塞	接收成功	接收成功
   关闭channel	panic	关闭成功	关闭成功	关闭成功

3. channel被关闭后：

   • 往被关闭的channel发送数据会触发panic。

   • 从被关闭的channel接收数据，会先读完channel里的数据。如果数据读完了，继续从channel读数据会拿到channel里存储的元素类型的零值。

     data, ok := <- c 

     对于上面的代码，如果channel c关闭了，继续从c里读数据，当c里还有数据时，data就是对应读到的值，ok的值是true。如果c的数据已经读完了，那data就是零值，ok的值是false。

   • channel被关闭后，如果再次关闭，会引发panic。

4. select的运行机制如下：

   • 选取一个可执行不阻塞的case分支，如果多个case分支都不阻塞，会随机选一个case分支执行，和case分支在代码里写的顺序没关系。
   • 如果所有case分支都阻塞，会进入default分支执行。
   • 如果没有default分支，那select会阻塞，直到有一个case分支不阻塞。

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References

• https://twitter.com/val_delep...
• https://github.com/golang/go/...