通道 (编程)

  此條目介紹的是软件间通信。关于通信系统中信号传输通道，请见「信道」。

在计算中，通道（channel）是通过消息传递进行进程间通信和同步的编程模型。作为一个流，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occam和Limbo编程语言（通过了Newsqueak和Alef语言）。通道还用于贝尔实验室Plan 9的libthread，以及用于Stackless Python和Go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

多线程库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（英语：XMOS）编程语言XC提供了原始类型chan，和两个算符<:和:>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流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. XMOS Programming Guide (PDF). [2015-05-10]. 
2. 存档副本. [2020-05-04]. （原始内容于2015-01-06）. 
3. "Futures （页面存档备份，存于互联网档案馆）", Go Language Patterns （页面存档备份，存于互联网档案馆）
4. "Iterators （页面存档备份，存于互联网档案馆）", Go Language Patterns （页面存档备份，存于互联网档案馆）

参见

• 通信顺序进程
• 管道 (软件)
• 通道I/O（英语：Channel I/O）
• 用户空间Plan 9（英语：Plan 9 from User Space）

外部链接

• Bell Labs and CSP Threads （页面存档备份，存于互联网档案馆），贝尔实验室及CSP线程模型。
• An Introduction to Programming with Threads （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 与“贝尔实验室及CSP线程”相对比的SRC线程模型。