8 channel、反射、网络编程【Go语言教程】

1 channel

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：

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

在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述

不同goroutine之间如何通讯：

全局变量的互斥锁
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)
	}
}

在这里插入图片描述

②使用channel

1. 为什么需要channel

为什么需要channel？

前面使用全局变量加锁同步来解决 goroutine 的通讯，但不完美
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。
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
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。
上面种种分析都在呼唤一个新的通讯机制-channel

2. 基本介绍

channle 本质就是一个数据结构-队列【示意图】
数据是先进先出【FIFO : first in first out】
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
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!   
}

在这里插入图片描述
（2）注意事项：

channel 中只能存放指定的数据类型
channle 的数据放满后，就不能再放入了
如果从 channel 取出数据后，可以继续放入
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

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
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

在遍历时，如果 channel 没有关闭，则回出现 deadlock 的错误
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：
在这里插入图片描述

8. 只读、只写管道及注意事项

只读、只写管道：
注意事项

channel 可以声明为只读，或者只写性质
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
		}
	}
}

在这里插入图片描述

2 反射

2.1 概念

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)
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)
通过反射，可以修改变量的值，可以调用关联的方法。
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

在这里插入图片描述

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)
}

在这里插入图片描述

2.4 反射的细节和注意事项

reflect.Value.Kind，获取变量的类别，返回的是一个常量

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

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

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)
}

在这里插入图片描述

3 网络编程

3.1 概念及前置知识

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
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】
计算机间要相互通讯,必须要求网线,网卡,或者是无线网卡.

在这里插入图片描述
4. 协议

在这里插入图片描述
5. 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：

在计算机(尤其是做服务器)要尽可能的少开端口
一个端口只能被一个程序监听
如果使用 netstat –an 可以查看本机有哪些端口在监听
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

监听端口 8888
接收客户端的 tcp 链接，建立客户端和服务器端的链接.
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

建立与服务端的链接
发送请求数据[终端]，接收服务器端返回的结果数据
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

编写一个客户端端程序，能链接到服务器端的 8888 端口
客户端可以发送单行数据，然后就退出
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
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)
	}
}