14.4 使用 select 切换协程

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2023-12-01

从不同的并发执行的协程中获取值可以通过关键字select来完成，它和switch控制语句非常相似（章节5.3）也被称作通信开关；它的行为像是“你准备好了吗”的轮询机制；select监听进入通道的数据，也可以是用通道发送值的时候。

select {
case u:= <- ch1:
        ...
case v:= <- ch2:
        ...
        ...
default: // no value ready to be received
        ...
}

default 语句是可选的；fallthrough 行为，和普通的 switch 相似，是不允许的。在任何一个 case 中执行 break 或者 return，select 就结束了。

select 做的就是：选择处理列出的多个通信情况中的一个。

如果都阻塞了，会等待直到其中一个可以处理
如果多个可以处理，随机选择一个
如果没有通道操作可以处理并且写了 default 语句，它就会执行：default 永远是可运行的（这就是准备好了，可以执行）。

在 select 中使用发送操作并且有 default 可以确保发送不被阻塞！如果没有 default，select 就会一直阻塞。

select 语句实现了一种监听模式，通常用在（无限）循环中；在某种情况下，通过 break 语句使循环退出。

在程序 goroutine_select.go 中有 2 个通道 ch1 和 ch2，三个协程 pump1()、pump2() 和 suck()。这是一个典型的生产者消费者模式。在无限循环中，ch1 和 ch2 通过 pump1() 和 pump2() 填充整数；suck() 也是在无限循环中轮询输入的，通过 select 语句获取 ch1 和 ch2 的整数并输出。选择哪一个 case 取决于哪一个通道收到了信息。程序在 main 执行 1 秒后结束。

示例 14.10-goroutine_select.go：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ch1 := make(chan int)
    ch2 := make(chan int)

    go pump1(ch1)
    go pump2(ch2)
    go suck(ch1, ch2)

    time.Sleep(1e9)
}

func pump1(ch chan int) {
    for i := 0; ; i++ {
        ch <- i * 2
    }
}

func pump2(ch chan int) {
    for i := 0; ; i++ {
        ch <- i + 5
    }
}

func suck(ch1, ch2 chan int) {
    for {
        select {
        case v := <-ch1:
            fmt.Printf("Received on channel 1: %d\n", v)
        case v := <-ch2:
            fmt.Printf("Received on channel 2: %d\n", v)
        }
    }
}

输出：

Received on channel 2: 5
Received on channel 2: 6
Received on channel 1: 0
Received on channel 2: 7
Received on channel 2: 8
Received on channel 2: 9
Received on channel 2: 10
Received on channel 1: 2
Received on channel 2: 11
...
Received on channel 2: 47404
Received on channel 1: 94346
Received on channel 1: 94348

一秒内的输出非常惊人，如果我们给它计数（goroutine_select2.go），得到了 90000 个左右的数字。

练习：

练习 14.7：

a）在练习 5.4 的 for_loop.go 中，有一个常见的 for 循环打印数字。在函数 tel 中实现一个 for 循环，用协程开始这个函数并在其中给通道发送数字。main() 线程从通道中获取并打印。不要使用 time.Sleep() 来同步：goroutine_panic.go
b）也许你的方案有效，可能会引发运行时的 panic：throw:all goroutines are asleep-deadlock! 为什么会这样？你如何解决这个问题？goroutine_close.go
c）解决 a）的另外一种方式：使用一个额外的通道传递给协程，然后在结束的时候随便放点什么进去。main() 线程检查是否有数据发送给了这个通道，如果有就停止：goroutine_select.go

练习 14.8：

从示例 6.13 fibonacci.go 的斐波那契程序开始，制定解决方案，使斐波那契周期计算独立到协程中，并可以把结果发送给通道。

结束的时候关闭通道。main() 函数读取通道并打印结果：goFibonacci.go

使用练习 6.9 fibonacci2.go 中的算法写一个更短的 gofibonacci2.go

使用 select 语句来写，并让通道退出（gofibonacci_select.go）

注意：当给结果计时并和 6.13 对比时，我们发现使用通道通信的性能开销有轻微削减；这个例子中的算法使用协程并非性能最好的选择；但是 gofibonacci3 方案使用了 2 个协程带来了 3 倍的提速。

练习 14.9：

做一个随机位生成器，程序可以提供无限的随机 0 或者 1 的序列：random_bitgen.go

练习 14.10：polar_to_cartesian.go

（这是一种综合练习，使用到第 4、9、11 章和本章的内容。）写一个可交互的控制台程序，要求用户输入二位平面极坐标上的点（半径和角度（度））。计算对应的笛卡尔坐标系的点的 x 和 y 并输出。使用极坐标和笛卡尔坐标的结构体。

使用通道和协程：

channel1 用来接收极坐标
channel2 用来接收笛卡尔坐标

转换过程需要在协程中进行，从 channel1 中读取然后发送到 channel2。实际上做这种计算不提倡使用协程和通道，但是如果运算量很大很耗时，这种方案设计就非常合适了。

练习 14.11： concurrent_pi.go / concurrent_pi2.go

使用以下序列在协程中计算 pi：开启一个协程来计算公式中的每一项并将结果放入通道，main() 函数收集并累加结果，打印出 pi 的近似值。

计算执行时间（参见第 6.11 节）

再次声明这只是为了一边练习协程的概念一边找点乐子。

如果你需要的话可使用 math.pi 中的 Pi；而且不使用协程会运算的更快。一个急速版本：使用 GOMAXPROCS，开启和 GOMAXPROCS 同样多个协程。

习惯用法：后台服务模式

服务通常是是用后台协程中的无限循环实现的，在循环中使用 select 获取并处理通道中的数据：

// Backend goroutine.
func backend() {
    for {
        select {
        case cmd := <-ch1:
            // Handle ...
        case cmd := <-ch2:
            ...
        case cmd := <-chStop:
            // stop server
        }
    }
}

在程序的其他地方给通道 ch1，ch2 发送数据，比如：通道 stop 用来清理结束服务程序。

另一种方式（但是不太灵活）就是（客户端）在 chRequest 上提交请求，后台协程循环这个通道，使用 switch 根据请求的行为来分别处理：

func backend() {
    for req := range chRequest {
        switch req.Subjext() {
            case A1:  // Handle case ...
            case A2:  // Handle case ...
            default:
              // Handle illegal request ..
              // ...
        }
    }
}