Golang 中 Goroutines 之间如何通过 Channels 进行同步

1. Goroutines 和 Channels 简介

Goroutines 是 Go 语言中的一种机制，可以让程序开启并发执行的线程。Channels 是用来在 Goroutines 之间通信的一种数据结构。Channels 类似于管道，可以传递和同步多个 Goroutines 之间的消息。

2. Channels 的基本用法

2.1 创建和关闭 Channels

可以使用 make 函数来创建一个 Channel：

ch := make(chan int)

这里创建了一个类型为 int 的 Channel，名为 ch。

在 Channels 不再使用时，应该通过 close 函数来关闭它：

close(ch)

如果在尝试向已经关闭的 Channel 发送或接收数据，将会报错。

2.2 发送和接收数据

在一个 Goroutine 中，可以通过 Channel 的 <- 操作符来发送数据：

ch <- 10

这里将整数 10 发送给 Channel ch。

在另一个 Goroutine 中，可以通过 <-ch 操作符来接收数据：

data := <-ch

这里将从 Channel ch 中接收数据，并赋值给变量 data。

如果 Channel 没有数据可供接收，接收操作将会阻塞当前 Goroutine，直到有数据可用。

3. Channels 的同步用法

Channels 除了可以用来传递数据外，还可以用来同步多个 Goroutines 的执行。

3.1 等待多个 Goroutines 完成

可以使用 Channel 来等待多个 Goroutines 完成某个任务，例如：

func worker(ch chan<- bool) {
    // Do some work...
    ch <- true
}
func main() {
    done := make(chan bool, 3)
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go worker(done)
    }
    // Wait for all workers
    for i := 0; i < 3; i++ {
        <-done
    }
}

这里创建了一个有缓冲的 Channel done，并在 main 函数中启动了三个 worker Goroutines。worker 函数在完成工作后，向 done Channel 发送一个 bool 类型的值 true。

在 main 函数中，使用 for 循环等待三个 worker Goroutines 都完成任务，这样就可以保证所有 worker Goroutines 都已经执行完毕。

3.2 信号量和互斥锁

Channels 还可以用来实现信号量和互斥锁。

如果希望限制一段代码的并发访问量，可以使用有缓冲的 Channel 作为信号量，例如：

sem := make(chan int, MaxConcurrent)
for {
    sem <-1
    go func() {
        // Some work...
        <-sem
    }()
}

这里将一个大小为 MaxConcurrent 的有缓冲的 Channel 作为信号量，当某个 Goroutine 要执行敏感操作时，首先向信号量中发一个消息，表示占用了一个许可，然后执行敏感操作。敏感操作完成后，从信号量中读取一个消息，表示归还了一个许可，这样下一个 Goroutine 就可以继续执行敏感操作。

如果希望限制一段代码的并发访问量为 1，可以使用无缓冲的 Channel 作为互斥锁，例如：

var mutex = make(chan bool, 1)
// Critical section
func criticalSection() {
    mutex <- true
    // Critical code
    <-mutex
}

这里定义了一个大小为 1 的无缓冲的 Channel 作为互斥锁，当某个 Goroutine 进入 criticalSection 函数时，首先从 mutex Channel 中获取一个许可。如果此时有另一个 Goroutine 正在执行 criticalSection 函数，则第二个 Goroutine 的获取许可操作将会被阻塞，直到第一个 Goroutine 释放互斥锁。

4. 总结

通过 Channels 可以方便地在 Goroutines 之间传递数据和同步执行。Channels 不仅可以用来传递简单数据，还可以用于高级并发控制，例如等待多个 Goroutines 完成、实现信号量和互斥锁等。