面试题：Go语言中通道（channel）的缓冲与非缓冲区别

Question

在Go语言里，通道分为缓冲通道和非缓冲通道。请详细阐述这两种通道在数据发送和接收机制上的区别，并举例说明在何种场景下分别适合使用缓冲通道和非缓冲通道。

Answer 1

1. 数据发送和接收机制区别

• 非缓冲通道：
  • 发送操作：当一个goroutine向非缓冲通道发送数据时，它会被阻塞，直到另一个goroutine从该通道接收数据。这种阻塞确保了数据的发送和接收是同步进行的，数据直接从发送方传递到接收方。
  • 接收操作：当一个goroutine从非缓冲通道接收数据时，它也会被阻塞，直到有数据被发送到该通道。
  • 示例代码：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
        num := 42
        fmt.Println("Sending number:", num)
        ch <- num
        fmt.Println("Number sent")
    }()
    received := <-ch
    fmt.Println("Received number:", received)
}

在这个例子中，发送方goroutine在发送数据后阻塞，直到接收方从通道读取数据，然后发送方才会继续执行“Number sent”的打印。

• 缓冲通道：
  • 发送操作：向缓冲通道发送数据时，只要通道的缓冲区未满，发送操作不会阻塞。数据会被存入缓冲区。只有当缓冲区已满时，发送操作才会阻塞，直到有数据从通道中被接收。
  • 接收操作：从缓冲通道接收数据时，如果缓冲区中有数据，接收操作不会阻塞，直接从缓冲区取出数据。只有当缓冲区为空时，接收操作才会阻塞，直到有新的数据被发送到通道。
  • 示例代码：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    ch := make(chan int, 2)
    ch <- 1
    ch <- 2
    fmt.Println("Data sent to buffer")
    received1 := <-ch
    fmt.Println("Received:", received1)
    received2 := <-ch
    fmt.Println("Received:", received2)
}

这里缓冲通道的容量为2，所以前两次发送操作不会阻塞，直到接收操作开始从缓冲区取数据。

2. 适用场景

• 非缓冲通道适用场景：
  • 同步场景：当需要确保两个goroutine之间严格的同步时，例如在生产者 - 消费者模型中，如果希望生产者生产一个数据后，立即由消费者处理，就可以使用非缓冲通道。
  • 握手场景：比如在初始化阶段，一个goroutine需要等待另一个goroutine完成某些初始化操作后再继续，非缓冲通道可以实现这种“握手”机制。
• 缓冲通道适用场景：
  • 流量控制场景：在生产者 - 消费者模型中，如果生产者生产数据的速度可能比消费者处理数据的速度快一些，缓冲通道可以作为一个缓冲区，暂时存储数据，防止生产者过快地被阻塞。只要缓冲区未满，生产者就可以继续生产。
  • 解耦操作场景：当希望在一定程度上解耦发送方和接收方的操作时，缓冲通道可以起到缓冲作用，使得发送方不必等待接收方立即处理数据。