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這里整理 使用reflect操作channel 一下，把它分享給大家。

1. channel常規(guī)語法的“限制”

Go語言實現(xiàn)了基于CSP（Communicating Sequential Processes）理論的并發(fā)方案。方案包含兩個重要元素，一個是Goroutine，它是Go應(yīng)用并發(fā)設(shè)計的基本構(gòu)建與執(zhí)行單元；另一個就是channel，它在并發(fā)模型中扮演著重要的角色。channel既可以用來實現(xiàn)Goroutine間的通信，還可以實現(xiàn)Goroutine間的同步。

我們先來簡要回顧一下有關(guān)channel的常規(guī)語法。

我們可以通過make(chan T, n)創(chuàng)建元素類型為T、容量為n的channel類型實例，比如：

Go提供了“<-”操作符用于對channel類型變量進(jìn)行發(fā)送與接收操作，下面是一些對上述channel ch1和ch2進(jìn)行收發(fā)操作的代碼示例：

ch1 <- 13    // 將整型字面值13發(fā)送到無緩沖channel類型變量ch1中
n := <- ch1  // 從無緩沖channel類型變量ch1中接收一個整型值存儲到整型變量n中
ch2 <- 17    // 將整型字面值17發(fā)送到帶緩沖channel類型變量ch2中
m := <- ch2  // 從帶緩沖channel類型變量ch2中接收一個整型值存儲到整型變量m中

Go不僅提供了單獨(dú)操作channel的語法，還提供了可以同時對多個channel進(jìn)行操作的select-case語法，比如下面代碼：

我們看到：select語法中的case數(shù)量必須是固定的，我們只能把事先要交給select“監(jiān)聽”的channel準(zhǔn)備好，在select語句中平鋪開才可以。這就是select語句常規(guī)語法的限制，即select語法不支持動態(tài)的case集合。如果我們要監(jiān)聽的channel個數(shù)是不確定的，且在運(yùn)行時會動態(tài)變化，那么select語法將無法滿足我們的要求。

那怎么突破這一限制呢？鳥窩老師告訴我們用reflect包^[2]。

2. reflect.Select和reflect.SelectCase

很多朋友可能和我一樣，因為沒有使用過reflect包操作channel，就會以為reflect操作channel的能力是Go新版本才提供的，但實則不然。reflect包中用于操作channel的函數(shù)Select以及其切片參數(shù)的元素類型SelectCase早在Go 1.1版本就加入到Go語言中了，有下圖為證：

那么如何使用這一“古老”的機(jī)制呢？我們一起來看一些例子。

首先我們來看第一種情況，也是最好理解的一種情況，即從一個動態(tài)的channel集合進(jìn)行receive operations的select，下面是示例代碼：

// github.com/bigwhite/experiments/tree/master/reflect-operate-channel/select-recv/main.go
package main

import (
 'fmt'
 'math/rand'
 'reflect'
 'sync'
 'time'
)

func main() {
 var wg sync.WaitGroup
 wg.Add(2)
 var rchs []chan int
 for i := 0; i < 10; i++ {
  rchs = append(rchs, make(chan int))
 }

 // 創(chuàng)建SelectCase
 var cases = createRecvCases(rchs)

 // 消費(fèi)者goroutine
 go func() {
  defer wg.Done()
  for {
   chosen, recv, ok := reflect.Select(cases)
   if ok {
    fmt.Printf('recv from channel [%d], val=%v\n', chosen, recv)
    continue
   }
   // one of the channels is closed, exit the goroutine
   fmt.Printf('channel [%d] closed, select goroutine exit\n', chosen)
   return
  }
 }()

 // 生產(chǎn)者goroutine
 go func() {
  defer wg.Done()
  var n int
  s := rand.NewSource(time.Now().Unix())
  r := rand.New(s)
  for i := 0; i < 10; i++ {
   n = r.Intn(10)
   rchs[n] <- n
  }
  close(rchs[n])
 }()

 wg.Wait()
}

func createRecvCases(rchs []chan int) []reflect.SelectCase {
 var cases []reflect.SelectCase

 // 創(chuàng)建recv case
 for _, ch := range rchs {
  cases = append(cases, reflect.SelectCase{
   Dir:  reflect.SelectRecv,
   Chan: reflect.ValueOf(ch),
  })
 }
 return cases
}

在這個例子中，我們通過createRecvCases這個函數(shù)創(chuàng)建一個元素類型為reflect.SelectCase的切片，之后使用reflect.Select可以監(jiān)聽這個切片集合，就像常規(guī)select語法那樣，從有數(shù)據(jù)的recv Channel集合中隨機(jī)選出一個返回。

reflect.SelectCase有三個字段：

其中Dir字段的值是一個“枚舉”，枚舉值如下：

// $GOROOT/src/reflect/value.go
const (
    _             SelectDir = iota
    SelectSend              // case Chan <- Send
    SelectRecv              // case <-Chan:
    SelectDefault           // default
)

從常量名我們也可以看出，Dir用于標(biāo)識case的類型，SelectRecv表示這是一個從channel做receive操作的case，SelectSend表示這是一個向channel做send操作的case；SelectDefault則表示這是一個default case。

構(gòu)建好SelectCase的切片后，我們就可以將其傳給reflect.Select了。Select函數(shù)的語義與select關(guān)鍵字語義是一致的，它會監(jiān)聽傳入的所有SelectCase，以上面示例為例，如果所有channel都沒有數(shù)據(jù)，那么reflect.Select會阻塞，直到某個channel有數(shù)據(jù)或關(guān)閉。

Select函數(shù)有三個返回值：

對于上面示例而言，如果監(jiān)聽的某個case有數(shù)據(jù)了，那么Select的返回值chosen中存儲了該channel在cases切片中的下標(biāo)，recv中存儲了從channel收到的值，recvOK等價于comma, ok模式的ok，當(dāng)正常接收到由send channel操作發(fā)送的值時，recvOK為true，如果channel被close了，recvOK為false。

上面的示例啟動了兩個goroutine，一個goroutine充當(dāng)消費(fèi)者，由reflect.Select監(jiān)聽一組channel，當(dāng)某個channel關(guān)閉時，該goroutine退出；另外一個goroutine則是隨機(jī)的向這些channel中發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送10次后，關(guān)閉其中某個channel通知消費(fèi)者退出。

我們運(yùn)行一下該示例程序，得到如下結(jié)果：

$go run main.go 
recv from channel [1], val=1
recv from channel [4], val=4
recv from channel [5], val=5
recv from channel [8], val=8
recv from channel [1], val=1
recv from channel [1], val=1
recv from channel [8], val=8
recv from channel [3], val=3
recv from channel [5], val=5
recv from channel [9], val=9
channel [9] closed, select goroutine exit

我們?nèi)粘＞幋a時經(jīng)常會在select語句中加上default分支，以防止select完全阻塞，下面我們就來改造一下示例，讓其增加對default分支的支持：

在這個示例中，我們的createRecvCases函數(shù)增加了一個withDefault布爾型參數(shù)，當(dāng)withDefault為true時，返回的cases切片中將包含一個default case。我們看到，創(chuàng)建defaultCase時，Chan和Send兩個字段需要傳入空的reflect.Value。

在消費(fèi)者goroutine中，我們通過選出的case的Dir字段是否為reflect.SelectDefault來判定是否default case被選出，其余的處理邏輯不變，我們運(yùn)行一下這個示例：

$go run main.go
recv from channel [8], val=8
recv from channel [8], val=8
choose the default
choose the default
choose the default
choose the default
choose the default
recv from channel [1], val=1
choose the default
choose the default
choose the default
recv from channel [3], val=3
recv from channel [6], val=6
choose the default
choose the default
recv from channel [0], val=0
choose the default
choose the default
choose the default
recv from channel [5], val=5
recv from channel [2], val=2
choose the default
choose the default
choose the default
recv from channel [2], val=2
choose the default
choose the default
recv from channel [2], val=2
choose the default
choose the default
channel [2] closed, select goroutine exit

我們看到，default case被選擇的幾率還是蠻大的。

最后，我們再來看看如何使用reflect包向channel中發(fā)送數(shù)據(jù)，看下面示例代碼：

在這個示例中，我們針對三個channel：ch0，ch1和ch2創(chuàng)建了寫操作的SelectCase，每個SelectCase的Send字段都被賦予了要發(fā)送給該channel的值，這里使用了“100+下標(biāo)號”。

生產(chǎn)者goroutine中有一個“與眾不同”的地方，那就是每次某個寫操作觸發(fā)后，我都將該SelectCase中的Chan重置為一個空Value，以防止下次該channel被重新選出：

    cases[chosen].Chan = reflect.Value{}

運(yùn)行一下該示例，我們得到：

通過上面的幾個例子我們看到，reflect.Select有著與select等價的語義，且還支持動態(tài)增刪和修改case，功能不可為不強(qiáng)大，現(xiàn)在還剩一點(diǎn)要care，那就是它的執(zhí)行性能如何呢？我們接著往下看。

3. reflect.Select的性能

我們用benchmark test來對比一下常規(guī)select與reflect.Select在執(zhí)行性能上的差別，下面是benchmark代碼：

// github.com/bigwhite/experiments/tree/master/reflect-operate-channel/select-benchmark/benchmark_test.go
package main

import (
 'reflect'
 'testing'
)

func createCases(rchs []chan int) []reflect.SelectCase {
 var cases []reflect.SelectCase

 // 創(chuàng)建recv case
 for _, ch := range rchs {
  cases = append(cases, reflect.SelectCase{
   Dir:  reflect.SelectRecv,
   Chan: reflect.ValueOf(ch),
  })
 }
 return cases
}

func BenchmarkSelect(b *testing.B) {
 var c1 = make(chan int)
 var c2 = make(chan int)
 var c3 = make(chan int)

 go func() {
  for {
   c1 <- 1
  }
 }()
 go func() {
  for {
   c2 <- 2
  }
 }()
 go func() {
  for {
   c3 <- 3
  }
 }()

 b.ReportAllocs()
 b.ResetTimer()
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  select {
  case <-c1:
  case <-c2:
  case <-c3:
  }
 }
}

func BenchmarkReflectSelect(b *testing.B) {
 var c1 = make(chan int)
 var c2 = make(chan int)
 var c3 = make(chan int)

 go func() {
  for {
   c1 <- 1
  }
 }()
 go func() {
  for {
   c2 <- 2
  }
 }()
 go func() {
  for {
   c3 <- 3
  }
 }()

 chs := createCases([]chan int{c1, c2, c3})

 b.ReportAllocs()
 b.ResetTimer()

 for i := 0; i < b.N; i++ {
  _, _, _ = reflect.Select(chs)
 }
}

運(yùn)行一下該benchmark：

我們看到：reflect.Select的執(zhí)行效率相對于select還是要差的，并且在其執(zhí)行過程中還要做額外的內(nèi)存分配。

4. 小結(jié)

本文介紹了reflect.Select與SelectCase的結(jié)構(gòu)以及如何使用它們在不同場景下操作channel。但大多數(shù)情況下，我們是不需要使用reflect.Select，常規(guī)select語法足以滿足我們的要求。并且reflect.Select有對cases數(shù)量的約束，最大支持65536個cases，雖然這個約束對于大多數(shù)場合而言足夠用了。

本文涉及的示例源碼可以在這里^[3]下載。

參考資料