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原创公众号:奇伢云存储
golang 为什么没有判断 close 的接口?
相信大家初学 golang chan 的时候应该都遇到过 “send on closed channel” 的 panic 。这个 panic 是当你意图往一个已经 close 的 channel 里面投递元素的时候触发。那么你当你第一次遇到这个问题是否想过 channel 是否能提供一个接口方法来判断是否已经 close 了?我想过这个问题,但是把 chan 的源代码翻了个遍没有找到。为什么?
我先 hold 这个问题,我们捋一下跟 channel close 相关的事情,主要思考到 3 个问题:
- 关闭 channel 究竟做了什么 ?
- 怎么避免 close channel 导致的 panic 问题 ?
- 怎么优雅的关闭 channel ?
关闭 channel 究竟做了什么?
首先,用户可以 close channel,如下:
c := make(chan int)
// ...
close(c)
用 gdb 或者 delve 调试下就能发现 close 一个 channel,编译器会转换成 closechan
函数,在这个函数里是关闭 channel 的全部实现了,我们可以分析下。
closechan
对应编译函数为 closechan
,该函数很简单,大概做 3 个事情:
- 标志位置 1 ,也就是
c.closed = 1
; - 释放资源,唤醒所有等待取元素的协程;
- 释放资源,唤醒所有等待写元素的协程;
func closechan(c *hchan) {
// 以下为锁内操作
lock(&c.lock)
// 不能重复 close 一个 channel,否则 panic
if c.closed != 0 {
unlock(&c.lock)
panic(plainError("close of closed channel"))
}
// closed 标志位置 1
c.closed = 1
var glist gList
// 释放所有等待取元素的 waiter 资源
for {
// 等待读的 waiter 出队
sg := c.recvq.dequeue()
// 资源一个个销毁
if sg.elem != nil {
typedmemclr(c.elemtype, sg.elem)
sg.elem = nil
}
gp := sg.g
gp.param = nil
// 相应 goroutine 加到统一队列,下面会统一唤醒
glist.push(gp)
}
// 释放所有等待写元素的 waiter 资源(他们之后将会 panic)
for {
// 等待写的 waiter 出队
sg := c.sendq.dequeue()
// 资源一个个销毁
sg.elem = nil
gp := sg.g
gp.param = nil
// 对应 goroutine 加到统一队列,下面会统一唤醒
glist.push(gp)
}
unlock(&c.lock)
// 唤醒所有的 waiter 对应的 goroutine (这个协程列表是上面 push 进来的)
for !glist.empty() {
gp := glist.pop()
gp.schedlink = 0
goready(gp, 3)
}
}
通过上面的代码逻辑,我们窥视到两个重要的信息:
- close chan 是有标识位的;
- close chan 是会唤醒哪些等待的人们的;
但是很奇怪的是,我们 golang 官方没有提供一个接口用于判断 chan 是否关闭?那我们能不能实现一个判断 chan 是否 close 的方法呢?
一个判断 chan 是否 close 的函数
怎么实现?首先 isChanClose
函数有几点要求:
- 能够指明确实是 close 的;
- 任何时候能够正常运行,且有返回的(非阻塞);
回忆下 golang channel 最详细剖析 章节,想想 send
, recv
相关的函数,我们可以知道,当前 channel 给到用户的使用姿势本质上只有两种:读和写,我们实现的 isChanClose
也只能在这个基础上做。
- 写:
c <- x
- 读:
<-c
或v := <-c
或v, ok := <-c
思考方法一:通过“写”chan 实现
“写”肯定不能作为判断,总不能为了判断 chan 是否 close,我尝试往里面写数据吧?这个会导致 chansend
里面直接 panic 的,如下:
func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {
// ...
// 当 channel close 之后的处理逻辑
if c.closed != 0 {
unlock(&c.lock)
panic(plainError("send on closed channel"))
}
// ...
}
当然了,你路子要是野一点,这样做技术上也能实现,因为 panic 是可以捕捉的,只不过这也太野了吧,不推荐。
思考方法二:通过“读”chan 实现
“读”来判断。分析函数 chanrecv
可以知道,当尝试从一个已经 close 的 chan 读数据的时候,返回 (selected=true, received=false),我们通过 received = false 即可知道 channel 是否 close 。chanrecv
有如下代码:
func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) {
// ...
// 当 channel close 之后的处理逻辑
if c.closed != 0 && c.qcount == 0 {
unlock(&c.lock)
if ep != nil {
typedmemclr(c.elemtype, ep)
}
return true, false
}
// ...
}
所以,我们现在知道了,可以通过 “读”的效果来判断,但是我们不能直接写成这样:
// 错误示例
func isChanClose(ch chan int) bool {
_, ok := <- c
}
上面是个错误示例,因为 _, ok := <-c
编译出来的是 chanrecv2
,这个函数 block 赋值 true 传入的,所以当 c 是正常的时候,这里是阻塞的,所以这个不能用来作为一个正常的函数调用,因为会卡死协程,怎么解决这个问题?用 select
和 <-chan
来结合可以解决这个问题,select
和 <-chan
结合起来是对应 selectnbrecv
和 selectnbrecv2
这两个函数,这两个函数是非阻塞的(block = false
)。
正确示例:
func isChanClose(ch chan int) bool {
select {
case _, received := <- ch:
return !received
default:
}
return false
}
网上很多人举了一个 isChanClose
错误的例子,错误示例:
func isChanClose(ch chan int) bool {
select {
case <- ch:
return true
default:
}
return false
}
思考下:为什么第一个例子是对的,第二个例子是错的?
因为,第一个例子编译出来对应的函数是 selectnbrecv2
,第二个例子编译出来对应的是 selectnbrecv1
,这两个函数的区别在于 selectnbrecv2
多了一个返回参数 received
,只有这个函数才能指明是否元素出队成功,而 selected
只是判断是否要进到 select case 分支。我们通过 received
这个返回值(其实是一个入参,只不过是指针类型,函数内可修改)来反向推断 chan 是否 close 了。
小结:
- case 的代码必须是
_, received := <- ch
的形式,如果仅仅是<- ch
来判断,是错的逻辑,因为我们关注的是received
的值; - select 必须要有 default 分支,否则会阻塞函数,我们这个函数要保证一定能正常返回;
chan close 原则
- 永远不要尝试在读取端关闭 channel ,写入端无法知道 channel 是否已经关闭,往已关闭的 channel 写数据会 panic ;
- 一个写入端,在这个写入端可以放心关闭 channel;
- 多个写入端时,不要在写入端关闭 channel ,其他写入端无法知道 channel 是否已经关闭,关闭已经关闭的 channel 会发生 panic (你要想个办法保证只有一个人调用 close);
- channel 作为函数参数的时候,最好带方向;
其实这些原则只有一点:一定要是安全的是否才能去 close channel 。
其实并不需要 isChanClose
函数 !!!
上面实现的 isChanClose
是可以判断出 channel 是否 close,但是适用场景优先,因为可能等你 isChanClose
判断的时候返回值 false,你以为 channel 还是正常的,但是下一刻 channel 被关闭了,这个时候往里面“写”数据就又会 panic ,如下:
if isChanClose( c ) {
// 关闭的场景,exit
return
}
// 未关闭的场景,继续执行(可能还是会 panic)
c <- x
因为判断之后还是有时间窗,所以 isChanClose
的适用还是有限,那么是否有更好的办法?
我们换一个思路,你其实并不是一定要判断 channel 是否 close,真正的目的是:安全的使用 channel,避免使用到已经关闭的 closed channel,从而导致 panic 。
这个问题的本质上是保证一个事件的时序,官方推荐通过 context
来配合使用,我们可以通过一个 ctx 变量来指明 close 事件,而不是直接去判断 channel 的一个状态。举个栗子:
select {
case <-ctx.Done():
// ... exit
return
case v, ok := <-c:
// do something....
default:
// do default ....
}
ctx.Done()
事件发生之后,我们就明确不去读 channel 的数据。
或者
select {
case <-ctx.Done():
// ... exit
return
default:
// push
c <- x
}
ctx.Done()
事件发生之后,我们就明确不写数据到 channel ,或者不从 channel 里读数据,那么保证这个时序即可。就一定不会有问题。
我们只需要确保一点:
- 触发时序保证:一定要先触发 ctx.Done() 事件,再去做 close channel 的操作,保证这个时序的才能保证 select 判断的时候没有问题;
- 只有这个时序,才能保证在获悉到 Done 事件的时候,一切还是安全的;
- 条件判断顺序:select 的 case 先判断 ctx.Done() 事件,这个很重要哦,否则很有可能先执行了 chan 的操作从而导致 panic 问题;
怎么优雅关闭 chan ?
方法一:panic-recover
关闭一个 channel 直接调用 close 即可,但是关闭一个已经关闭的 channel 会导致 panic,怎么办?panic-recover 配合使用即可。
func SafeClose(ch chan int) (closed bool) {
defer func() {
if recover() != nil {
closed = false
}
}()
// 如果 ch 是一个已经关闭的,会 panic 的,然后被 recover 捕捉到;
close(ch)
return true
}
这并不优雅。
方法二:sync.Once
可以使用 sync.Once
来确保 close
只执行一次。
type ChanMgr struct {
C chan int
once sync.Once
}
func NewChanMgr() *ChanMgr {
return &ChanMgr{C: make(chan int)}
}
func (cm *ChanMgr) SafeClose() {
cm.once.Do(func() { close(cm.C) })
}
这看着还可以。
方法三:事件同步来解决
对于关闭 channel 这个我们有两个简要的原则:
- 永远不要尝试在读端关闭 channel ;
- 永远只允许一个 goroutine(比如,只用来执行关闭操作的一个 goroutine )执行关闭操作;
可以使用 sync.WaitGroup
来同步这个关闭事件,遵守以上的原则,举几个例子:
第一个例子:一个 sender
package main
import "sync"
func main() {
// channel 初始化
c := make(chan int, 10)
// 用来 recevivers 同步事件的
wg := sync.WaitGroup{}
// sender(写端)
go func() {
// 入队
c <- 1
// ...
// 满足某些情况,则 close channel
close(c)
}()
// receivers (读端)
for i := 0; i < 10; i++ {
wg.Add(1)
go func() {
defer wg.Done()
// ... 处理 channel 里的数据
for v := range c {
_ = v
}
}()
}
// 等待所有的 receivers 完成;
wg.Wait()
}
这里例子里面,我们在 sender 的 goroutine 关闭 channel,因为只有一个 sender,所以关闭自然是安全的。receiver 使用 WaitGroup
来同步事件,receiver 的 for 循环只有在 channel close 之后才会退出,主协程的 wg.Wait()
语句只有所有的 receivers 都完成才会返回。所以,事件的顺序是:
- 写端入队一个整形元素
- 关闭 channel
- 所有的读端安全退出
- 主协程返回
一切都是安全的。
第二个例子:多个 sender
package main
import (
"context"
"sync"
"time"
)
func main() {
// channel 初始化
c := make(chan int, 10)
// 用来 recevivers 同步事件的
wg := sync.WaitGroup{}
// 上下文
ctx, cancel := context.WithCancel(context.TODO())
// 专门关闭的协程
go func() {
time.Sleep(2 * time.Second)
cancel()
// ... 某种条件下,关闭 channel
close(c)
}()
// senders(写端)
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(ctx context.Context, id int) {
select {
case <-ctx.Done():
return
case c <- id: // 入队
// ...
}
}(ctx, i)
}
// receivers(读端)
for i := 0; i < 10; i++ {
wg.Add(1)
go func() {
defer wg.Done()
// ... 处理 channel 里的数据
for v := range c {
_ = v
}
}()
}
// 等待所有的 receivers 完成;
wg.Wait()
}
这个例子我们看到有多个 sender 和 receiver ,这种情况我们还是要保证一点:close(ch) 操作的只能有一个人,我们单独抽出来一个 goroutine 来做这个事情,并且使用 context 来做事件同步,事件发生顺序是:
- 10 个写端协程(sender)运行,投递元素;
- 10 个读端协程(receiver)运行,读取元素;
- 2 分钟超时之后,单独协程执行
close(channel)
操作; - 主协程返回;
一切都是安全的。
总结
- channel 并没有直接提供判断是否 close 的接口,官方推荐使用 context 和 select 语法配合使用,事件通知的方式,达到优雅判断 channel 关闭的效果;
- channel 关闭姿势也有讲究,永远不要尝试在读端关闭,永远保持一个关闭入口处,使用 sync.WaitGroup 和 context 实现事件同步,达到优雅关闭效果;
今天的文章Go 最细节篇 — chan 为啥没有判断 close 的接口 ?分享到此就结束了,感谢您的阅读。
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