8 channel、反射、网络编程【Go语言教程】

8 channel、反射、网络编程【Go语言教程】

1 channel

errChan := make(chan err) 不指定管道长度则表明创建了一个无缓冲通道

• 对于无缓冲通道，发送和接收操作是同步的。发送操作会等待接收方准备好接收值，而接收操作会等待发送方准备好发送值。因此，无缓冲通道的发送和接收操作必须在不同的协程中进行，以避免死锁。

在 Go 中，通道（channel）的长度是固定的，一旦创建就无法更改。当我们使用 make 函数创建通道时，可以选择指定通道的容量（长度）。

如果我们不指定通道的容量，则默认为无缓冲通道（unbuffered channel），也就是长度为 0 的通道。无缓冲通道在发送操作时会阻塞，直到有协程准备好接收该值；在接收操作时也会阻塞，直到有协程准备好发送值。

对于无缓冲通道，发送和接收操作是同步的。发送操作会等待接收方准备好接收值，而接收操作会等待发送方准备好发送值。因此，无缓冲通道的发送和接收操作必须在不同的协程中进行，以避免死锁。

对于带有缓冲的通道（buffered channel），我们可以在创建通道时指定通道的容量。带有缓冲的通道允许在发送操作时不立即阻塞，只有当通道的缓冲区满时才会阻塞。类似地，在接收操作时，只有当通道的缓冲区为空时才会阻塞。

需要注意的是，通道的容量只影响通道的缓冲区大小，而不是通道可以存放的值的数量。无论通道的容量是多少，我们都可以向通道发送任意数量的值，只要接收方及时接收这些值。

综上所述，通道的容量是指通道的缓冲区大小，而不是通道可以存放的值的数量。无缓冲通道的容量为 0，而带有缓冲的通道可以指定任意大于 0 的容量。

1.1 概念及快速入门

channel:管道，主要用于不同goroutine之间的通讯

需求：现在要计算 1-200 的各个数的阶乘，并且把各个数的阶乘放入到 map 中。最后显示出来。要求使用 goroutine 完成

分析思路：

1. 使用 goroutine 来完成，效率高，但是会出现并发/并行安全问题.
2. 这里就提出了不同 goroutine 如何通信的问题

package main
import(
    "fmt"
    "time"
)
var (
    myMap = make(map[int]int, 10)
)
//计算n！，将计算结果放入myMap
func test(n int){
    res := 1
    for i := 1; i <= n; i++ {
        res *= i
    }
    myMap[n] = res //concurrent map writes?
}
func main(){
    //开启200个协程
    for i := 1; i <= 200; i++ {
        go test(i)
    }
    //休眠10s[防止主线程直接跑完，而协程中的任务未完成]
    time.Sleep(time.Second * 10)
    for i, v := range myMap {
        fmt.Printf("map[%d]=%d\n", i, v)
    }
}

运行代码会出现并发问题：

不同goroutine之间如何通讯：

1. 全局变量的互斥锁
2. 使用管道channel来解决

计算 1-200 的各个数的阶乘，并且把各个数的阶乘放入到 map 中。最后显示出来。用下面方法改进：

①使用全局变量的互斥锁[并发、并行问题]

• 没有对全局变量m加索，会出现资源争夺问题，提示：concurrent map writes
• 加入互斥锁
• 我们的数的阶乘很大，结果会越界,可以将求阶乘改成 sum += i

package main
import(
    "fmt"
    "time"
    "sync"
)
var (
    myMap = make(map[int]int, 10)
    //声明一个全局的互斥锁
    //lock 是一个全局的互斥锁
    //sync 是包， synchronized 同步
    //Mutex：是互斥
    lock sync.Mutex
)
//计算n！，将计算结果放入myMap
func test(n int){
    res := 1
    for i := 1; i <= n; i++ {
        res += int(i)
    }
    //加锁
    lock.Lock()
    myMap[n] = res //concurrent map writes?
    //解锁
    lock.Unlock()
}
func main(){
    //开启200个协程
    for i := 1; i <= 200; i++ {
        go test(i)
    }
    //休眠10s[防止主线程直接跑完，而协程中的任务未完成]
    time.Sleep(time.Second * 10)
    for i, v := range myMap {
        fmt.Printf("map[%d]=%d\n", i, v)
    }
}

②使用channel

1. 为什么需要channel

• 为什么需要channel？

1. 前面使用全局变量加锁同步来解决 goroutine 的通讯，但不完美
2. 主线程在等待所有 goroutine 全部完成的时间很难确定，我们这里设置 10 秒，仅仅是估算。
3. 如果主线程休眠时间长了，会加长等待时间，如果等待时间短了，可能还有 goroutine 处于工作状态，这时也会随主线程的退出而销毁
4. 通过全局变量加锁同步来实现通讯，也并不利用多个协程对全局变量的读写操作。
5. 上面种种分析都在呼唤一个新的通讯机制-channel

2. 基本介绍

1. channle 本质就是一个数据结构-队列【示意图】
2. 数据是先进先出【FIFO : first in first out】
3. 线程安全，多 goroutine 访问时，不需要加锁，就是说 channel 本身就是线程安全的
4. channel 有类型的，一个 string 的 channel 只能存放 string 类型数据。
   

3. 声明、定义channel

• var 变量名 chan 数据类型
  举例：
  var intChan chan int (intChan 用于存放 int 数据)
  var mapChan chan map[int]string (mapChan 用于存放 map[int]string 类型) var perChan chan Person
  var perChan2 chan *Person
  …
• 说明:
  channel 是引用类型
  channel 必须初始化才能写入数据, 即 make 后才能使用管道是有类型的，intChan 只能写入 整数 int

4. 快速入门及注意事项

（1）快速入门：

管道的初始化，写入数据到管道，从管道读取数据及基本的注意事项

package main
import (
    "fmt"
)
func main(){
    //1. 创建一个可以存放3个int类型的管道
    var intChan chan int
    intChan = make(chan int, 3)
    //2. 看看intChan是什么
    fmt.Printf("intChan的值=%v intChan本身地址=%p\n", intChan, &intChan)
    //3. 向管道写入数据
    intChan <- 10
    num := 211
    intChan <- num
    intChan <- -50
    //intChan <- 100 //注意：我们在给管道写入数据时，不能超过其容量
    //4. 看看管道的长度和cap（容量）
    fmt.Printf("channel len=%v cap=%v\n", len(intChan), cap(intChan))
    //5. 从管道中读取数据
    var num2 int
    num2 = <- intChan
    fmt.Println("num2=", num2)
    fmt.Printf("channel len=%v cap=%v\n", len(intChan), cap(intChan))
    //6. 在没有使用协程的情况下，如果管道中的数据已经全部取出，再取就会报告deadlock
    num3 := <- intChan
    num4 := <- intChan
    fmt.Printf("num3=%v, num4=%v", num3, num4)
    // num5 := <- intChan
    // fmt.Println("num5=", num5) //fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!   
}

（2）注意事项：

1. channel 中只能存放指定的数据类型
2. channle 的数据放满后，就不能再放入了
3. 如果从 channel 取出数据后，可以继续放入
4. 在没有使用协程的情况下，如果 channel 数据取完了，再取，就会报 dead lock

5. channel的使用

练习题：

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
    "strconv"
)
type Person struct {
    Name string
    Age int
    Address string
}
func main(){
    var personChan chan Person
    //make给chan开辟空间
    personChan = make(chan Person, 10)
    //取纳秒时间戳作为种子，保证每次的随机种子都不同
    //给rand种种子
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    for i := 1; i <= 10; i++ {
        index := rand.Int()
        fmt.Println("index===", index)
        person := Person{
            Name: "zhangsan" + strconv.Itoa(index),
            Age: i,
            Address: "beijing" + strconv.Itoa(index),
        }
        personChan <- person
    }
    len := len(personChan)
    for i := 0; i < len; i++ {
        p := <- personChan
        fmt.Println(p)
    }
}

6. channel的关闭和遍历

（1）channel的关闭

使用内置函数close 可以关闭 channel, 当 channel 关闭后，就不能再向 channel 写数据了，但是仍然可以从该 channel 读取数据

package main
import (
    "fmt"
)
func main(){
    intChan := make(chan int, 5)
    intChan <- 10
    intChan <- 20
    close(intChan) //close
    //关闭之后不能再向chan写入数据，但是可以读取
    // intChan <- 30 //panic: send on closed channel
    n1 := <- intChan
    fmt.Println("n1=", n1) //n1= 10
}

（2）channel的遍历

channel 支持 for–range 的方式进行遍历，请注意两个细节

1. 在遍历时，如果 channel 没有关闭，则回出现 deadlock 的错误
2. 在遍历时，如果 channel 已经关闭，则会正常遍历数据，遍历完后，就会退出遍历。

package main
import (
    "fmt"
)
func main(){
    intChan := make(chan int, 5)
    intChan <- 10
    intChan <- 20
    intChan <- 50
    close(intChan) //close
    //关闭之后不能再向chan写入数据，但是可以读取
    // intChan <- 30 //panic: send on closed channel
    n1 := <- intChan
    fmt.Println("n1=", n1) //n1= 10
    for v := range intChan {
        fmt.Printf("value=%v\n", v)
    }
}

7. 综合实例

• 需求：
  要求统计 1-8000的数字中，哪些是素数？使用 goroutine
  和 channel 的知识完成
• 分析思路：
  传统的方法，就是使用一个循环，循环的判断各个数是不是素数【ok】。
  使用并发/并行的方式，将统计素数的任务分配给多个(4 个)goroutine 去完成，完成任务时间短。
  

package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
//向intChan放入1-8000个数
func putNum(intChan chan int){
    for i := 1; i <= 8000; i++ {
        intChan <- i
    }
    //关闭chan
    close(intChan)
}
//从intChan取出数据，并判断是否是素数，如果是，就放入到primeChan
func primeNum(intChan chan int, primeChan chan int, exitChan chan bool){
    var flag bool
    for {
        time.Sleep(time.Millisecond * 10)
        num, ok := <- intChan
        if !ok {
     //取不到数据了，就退出
            break
        }
        flag = true //假设是素数
        for i := 2; i < num; i++ {
            if num % i == 0 {
                flag = false
                break
            }
        }
        if flag {
            primeChan <- num
        }
    }
    fmt.Println("有一个primeNum协程因为取不到数据，退出")
    //这里我们还不能关闭primeChan
    //向exitChan写入true
    exitChan <- true
}
func main(){
    intChan := make(chan int, 1000)
    primeChan := make(chan int, 2000)
    //标识退出的管道
    exitChan := make(chan bool, 4)
    //开启一个协程，向intChan放入1-8000个数
    go putNum(intChan)
    //开启4个协程，从intChan取出数据，并判断是否是素数
    for i := 0; i < 4; i++ {
        go primeNum(intChan, primeChan, exitChan)
    }
    //主线程进行处理
    go func(){
        for i:= 0; i < 4; i++{
            <-exitChan
        }
        //当我们从exitChan取出了4个结果，就可以放心的关闭primeChan
        close(primeChan)
    }()
    //遍历primeChan，把结果取出
    for {
        res, ok := <- primeChan
        if !ok {
            break
        }
        //将结果取出
        fmt.Printf("素数=%d\n", res)
    }
}

结果：

8. 只读、只写管道及注意事项

• 只读、只写管道：
  
  
• 注意事项

1. channel 可以声明为只读，或者只写性质
2. 只读只写案例
   
   3）使用 select 可以解决从管道取数据的阻塞问题

select用法：

package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func main(){
    //使用select可以解决管道取数据的阻塞问题
    //1. 定义一个管道 10 int
    intChan := make(chan int, 10)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        intChan <- i
    }
    //2. 定义一个管道 5 string
    stringChan := make(chan string, 5)
    for i := 0; i < 5; i++ {
        stringChan <- "hello" + fmt.Sprintf("%d", i)
    }
    //传统的方法在遍历管道时，如果不关闭，则会因阻塞导致deadlock
    //可是我们在实际开发中，我们可能不好确定什么时候关闭管道
    //办法：我们可以使用select方式解决
    //label:
    for {
        select {
            //注意：这里，如果intChan一直没有关闭，不会一直阻塞而deadlock，会自动到下一个case匹配
            case v := <- intChan:
                fmt.Printf("从intChan读取的数据=%d\n", v)
                time.Sleep(time.Second)
            case v := <- stringChan:
                fmt.Printf("从stringChan读取的数据=%s\n", v)
                time.Sleep(time.Second)
            default:
                fmt.Printf("不玩了，都取不到了【程序员可以在这里加入自己的逻辑】\n")
                time.Sleep(time.Second)
                return
                //break label
        }
    }
}

2 反射

2.1 概念

1. 反射可以在运行时动态获取变量的各种信息, 比如变量的类型(type)，类别(kind)
2. 如果是结构体变量，还可以获取到结构体本身的信息(包括结构体的字段、方法)
3. 通过反射，可以修改变量的值，可以调用关联的方法。
4. 使用反射，需要 import (“reflect”)
   
   5）反射常见的应用场景
   

2.2 反射中重要的函数

1. 变量、interface{} 和 reflect.Value 是可以相互转换的，这点在实际开发中，会经常使用到。
   

2.3 快速入门

请编写一个案例，演示对(结构体类型、interface{}、reflect.Value)进行反射的基本操作

package main
import (
    "reflect"
    "fmt"
)
type Student struct {
    Name string
    Age int
}
func reflectTest01(b interface{
    }){
    //通过反射获取到传入变量的type、kind值
    //1. 先获取到reflect.Type
    rType := reflect.TypeOf(b)
    fmt.Println("rType=", rType)
    //2. 获取到reflect.Value
    rVal := reflect.ValueOf(b)
    n2 := 2 + rVal.Int()
    fmt.Println("n2=", n2)
    fmt.Printf("rVal=%v rType=%T\n", rVal, rType)
    //下面我们将rVal转成interface{}
    iV := rVal.Interface()
    //将interface{}通过断言转成需要的类型
    num2 := iV.(int)
    fmt.Println("num2=", num2)
}
//对结构体的反射
func reflectTest02(b interface{
    }){
    //通过反射获取到传入的变量的type、kind，值
    //1. 先获取到reflect.Type
    rType := reflect.TypeOf(b)
    fmt.Println("rType=", rType)
    //2. 获取到reflect.Value
    rVal := reflect.ValueOf(b)
    //下面我们将rVal转成interface{}
    iV := rVal.Interface()
    fmt.Printf("iv=%v iv type=%T\b", iV, iV)
    //将interface{}通过断言转成需要的类型
    //这里，我们使用类型断言【同学们可以使用switch的断言形式来更加灵活的判断】
    stu, ok := iV.(Student)
    if ok {
        fmt.Printf("stu.Name=%v\n", stu.Name)
    }
}
func main(){
    //1. 基本数据类型 反射
    var num int = 100
    reflectTest01(num)
    //2. 定义一个Student实例
    stu := Student{
        Name: "tom",
        Age: 20,
    }
    reflectTest02(stu)
}

2.4 反射的细节和注意事项

1. reflect.Value.Kind，获取变量的类别，返回的是一个常量
   

2. Type 和 Kind 的区别【type更加具体】
   Type 是类型, Kind 是类别， Type 和 Kind 可能是相同的，也可能是不同的. 比如: var num int = 10 num 的 Type 是 int , Kind 也是 int
   比如: var stu Student stu 的 Type 是 pkg1.Student , Kind 是 struct
   

3. 通过反射的来修改变量, 注意当使用 SetXxx 方法来设置需要通过对应的指针类型来完成, 这样才能改变传入的变量的值, 同时需要使用到reflect.Value.Elem()方法
   

4. reflect.Value.Elem() 应该如何理解？
   

2.5 综合案例

使用反射来遍历结构体的字段，调用结构体的方法，并获取结构体标签的值

package main
import (
    "reflect"
    "fmt"
)
type Monster struct {
    Name string `json:"name"`
    Age    int `json:"monster_age"` 
    Score float32 `json:"成绩"`
    Sex    string
}
//方法，返回两数的和
func (s Monster) GetSum(n1, n2 int) int {
    return n1 + n2
}
//方法，接收四个值，给结构体赋值
func (s Monster) Set(name string, age int, score float32, sex string){
    s.Name = name
    s.Age = age
    s.Score = score
    s.Sex = sex
}
//方法，显示结构体的值
func (s Monster) Print(){
    fmt.Println("----start----")
    fmt.Println(s)
    fmt.Println("----end----")
}
func TestStruct(a interface{
    }){
    //获取reflect.Type类型
    typ := reflect.TypeOf(a)
    //获取reflect.Value类型
    val := reflect.ValueOf(a)
    //获取到a对应的类别
    kd := val.Kind()
    //如果传入的不是struct，就退出
    if kd != reflect.Struct {
        fmt.Println("expect struct")
        return 
    }
    //是结构体，获取该结构体有几个字段
    num := val.NumField()
    fmt.Printf("struct has %d fields\n", num)
    for i := 0; i < num; i++ {
        fmt.Printf("Field %d值为=%v\n", i, val.Field(i))
        //获取到struct标签，注意需要通过reflect.Type来获取tag标签的值
        tagVal := typ.Field(i).Tag.Get("json") //因为前面定义结构体用到了'json标签'
        //如果该字段有tag标签就显示，否则就不显示
        if tagVal != "" {
            fmt.Printf("Field %d tag 为=%v\n", i, tagVal)
        }
    }
    //获取到该结构体有多少个方法
    numOfMethod := val.NumMethod()
    fmt.Printf("struct has %d methods\n", numOfMethod)
    //var params []reflect.Value
    //方法的排序默认是按照函数名的排序（ASCII码）
    val.Method(1).Call(nil) //获取到第二个【下标为1】方法，调用它 【传参为空】
    //调用结构体的第1个方法 Method（0）
    var params []reflect.Value //声明了 []reflect.Value()
    params = append(params, reflect.ValueOf(10))
    params = append(params, reflect.ValueOf(40))
    res := val.Method(0).Call(params) //传入的参数是[]reflect.Value，返回[]reflect.Value
    fmt.Println("res=", res[0].Int()) //返回结果，返回的结果是[]reflect.Value
}
func main(){
    var a Monster = Monster{
        Name: "黄鼠狼精",
        Age: 400,
        Score: 30.9,
    }
    TestStruct(a)
}

3 网络编程

3.1 概念及前置知识

1. TCP socket 编程，是网络编程的主流。之所以叫 Tcp socket 编程，是因为底层是基于 Tcp/ip 协议的. 比如: QQ 聊天
2. b/s 结构的 http 编程，我们使用浏览器去访问服务器时，使用的就是 http 协议，而 http 底层依旧是用 tcp socket 实现的。 比如: 京东商城 【这属于 go web 开发范畴 】
3. 计算机间要相互通讯,必须要求网线,网卡,或者是无线网卡.

1. 协议
   

1. 端口

• 0 号是保留端口.
• 1-1024 是固定端口(程序员不要使用),又叫有名端口,即被某些程序固定使用,一般程序员不使用.
• 常见端口：22: SSH 远程登录协议 23: telnet 使用 21: ftp 使用
  25: smtp 服务使用 80: iis 使用 7: echo 服务
• 1025-65535 是动态端口
  这些端口，程序员可以使用.

注意：

1. 在计算机(尤其是做服务器)要尽可能的少开端口
2. 一个端口只能被一个程序监听
3. 如果使用 netstat –an 可以查看本机有哪些端口在监听
4. 可以使用 netstat –anb 来查看监听端口的 pid,在结合任务管理器关闭不安全的端口

3.2 快速入门

• 服务端的处理流程

1. 监听端口 8888
2. 接收客户端的 tcp 链接，建立客户端和服务器端的链接.
3. 创建 goroutine，处理该链接的请求(通常客户端会通过链接发送请求包)

• 客户端的处理流程

1. 建立与服务端的链接
2. 发送请求数据[终端]，接收服务器端返回的结果数据
3. 关闭链接

①服务端功能及代码

功能：

• 编写一个服务器端程序，在 8888 端口监听可以和多个客户端创建链接
  链接成功后，客户端可以发送数据，服务器端接受数据，并显示在终端上. 先使用 telnet 来测试，然后编写客户端程序来测试

代码：

package main
import (
    "fmt"
    "net"
)
func process(conn net.Conn) {
    //循环接收客户端发送的数据
    defer conn.Close()
    for {
        //创建一个新的切片
        buf := make([]byte, 1024)
        //1. 等待客户端通过conn发送消息
        //2. 如果客户端没有write（发送消息），那么协程就阻塞在这里
        fmt.Printf("服务器在等待客户端%s 发送信息\n", conn.RemoteAddr().String())
        n, err := conn.Read(buf) //从conn中读取
        if err != nil {
            fmt.Printf("客户端退出 err=%v", err)
            return
        }
        //3. 显示客户端给服务端发送的数据（打印在控制台上）
        fmt.Print(string(buf[:n]))
    }
}
func main() {
    fmt.Println("服务器开始监听...")
    //1. tcp表示使用的网络协议是tcp
    //2. 0.0.0.0:8888表示在本地监听8888端口
    listen, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:8888")
    if err != nil {
        fmt.Println("listen err=", err)
        return
    }
    defer listen.Close() //延时关闭listen
    //循环等待客户端来连接服务端
    for {
        //等待客户端连接
        fmt.Println("等待客户端来连接...")
        conn, err := listen.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println("Accept() err=", err)
        } else {
            fmt.Printf("Accept() success con=%v 客户端ip=%v\n", conn, conn.RemoteAddr().String())
        }
        //这里准备起一个协程，为客户端服务
        go process(conn)
    }
}

运行之后效果：

服务器开始监听...
等待客户端来连接...

②客户端功能及代码

1. 编写一个客户端端程序，能链接到 服务器端的 8888 端口
2. 客户端可以发送单行数据，然后就退出
3. 能通过终端输入数据(输入一行发送一行), 并发送给服务器端
4. 在终端输入 exit,表示退出程序.

package main
import (
    "bufio"
    "fmt"
    "net"
    "os"
    "strings"
)
func main() {
    conn, err := net.Dial("tcp", "192.168.1.100:8888")
    if err != nil {
        fmt.Println("client dial err=", err)
        return
    }
    //功能一：客户端可以发送单行数据，然后就退出
    reader := bufio.NewReader(os.Stdin) //os.Stdin 表示标准输入：【终端】
    for {
        //从终端读取一行用户输入，并发送给服务端
        line, err := reader.ReadString('\n')
        if err != nil {
            fmt.Println("readString err=", err)
        }
        //功能二：当用户输入exit就退出
        line = strings.Trim(line, "\r\n")
        if line == "exit" {
            fmt.Println("客户端退出...")
            break
        }
        n, err := conn.Write([]byte(line))
        if err != nil {
            fmt.Println("conn Write err=", err)
        }
        fmt.Printf("客户端发送了 %d字节的数据\n", n)
    }
}

③运行效果