channel 是怎么走上死锁这条路的

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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