通道 (编程)

在计算中,通道(channel)是通过消息传递进行进程间通信同步的编程模型。作为一个,消息可以经由通道发送,另一个进程或线程能够接收它已经引用的经由通道发送的消息。通道的不同实现,可以没有缓冲区也可以有缓冲区,消息传递相应的可以是同步的也可以是异步的。

通道是并发的进程演算方式的基础,并起源于通信顺序进程(CSP),它是并发的形式模型,在CSP的无缓冲区通道中,发送者不能传送消息,直到接收者准备好接受它,称为同步消息传递,这种行为也被形象的称为“约会”(rendezvous)。通道已经用在了很多CSP派生语言中,比如occamLimbo编程语言(通过了NewsqueakAlef语言)。通道还用于贝尔实验室Plan 9的libthread,以及用于Stackless PythonGo编程语言。

通道实现

通道是固有同步I/O:一个进程等待接收来自一个通道的对象,它将会阻塞直到这个对象被发送了。

libthread通道

多线程libthread,它最初是为操作系统Plan 9建立的,提供了基于固定大小的通道的线程间通信。下面用libthread通道API的例子来说明典型支持的操作。

  • 固定或可变大小的通道建立,返回引用或句柄(handle):
    Channel* chancreate(int elemsize, int bufsize)
    
  • 发送到一个通道:
    int chansend(Channel *c, void *v)
    
  • 接收自一个通道:
    int chanrecv(Channel *c, void *v)
    

OCaml事件

OCaml事件模块提供有类型的通道用于同步。在调用这个模块的发送和接收函数的时候,它们建立可以被同步的相应发送和接收事件。

例子

XMOS XC

XMOS编程语言XC提供了原始类型chan,和两个算符<::>用于对通道的发送和接收数据[1]。XC语言还允许通过select语句在通道上异步接收。

在下面的例子中,两个硬件线程在XMOS上启动,运行par块中那两行代码。第一行传输数42至通道,而第二行等待直到它接收到并设置为x的值。

chan c;
int x;
par {
  c <: 42;
  c :> x;
}

Go

Go允许通道缓冲内容,而且还有通过使用select阻塞而得到的非阻塞接收[2]。下面是演示通道和goroutine协程用法Go代码片段:

c := make(chan int)  // 分配一个通道
// 启动一个goroutine在其中做排序;当它完成时,在通道上发信号
go func() {
    list.Sort()
    c <- 1  // 发送一个信号,值无关紧要
}()
doSomethingForAWhile()
<-c   // 等待排序结束;丢弃发来的值

应用

除了用于进程间通信的基本用途之外,通道可以被用作实现能现实化为的各种其他并发编程构造的原语(primitive)。例如,可以使用通道了构造Future与promise,这里的future是一个一元素通道,而promise是发送至这个通道的一个进程,它满足future[3]。类似的,迭代器可以直接用通道构造[4]

引用

  1. (PDF). [2015-05-10].
  2. . [2020-05-04]. (原始内容存档于2015-01-06).
  3. "Futures", Go Language Patterns
  4. "Iterators", Go Language Patterns

参见

外部链接

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