在 Golang 中，channel 是用來在 goroutine 之間傳遞數據的核心工具。依據其緩衝行為，channel 分為 unbuffered channel 和 buffered channel。這兩者的差異主要體現在數據的傳遞方式及阻塞行為上。

一、Unbuffered Channel

Unbuffered channel 沒有緩衝區，因此傳遞數據時，發送者和接收者必須同步配對，也就是說，發送操作（send）會阻塞，直到接收者準備好接收數據為止。

特點

  1. 發送方和接收方必須同時就緒。
  2. 適用於 goroutine 之間的直接同步。

範例：Unbuffered Channel

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package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	ch := make(chan int) // 創建一個無緩衝的 channel

	go func() {
		fmt.Println("Goroutine: 發送數據")
		ch <- 42 // 阻塞，直到主 goroutine 準備接收
		fmt.Println("Goroutine: 完成發送")
	}()

	fmt.Println("Main: 等待接收數據")
	val := <-ch // 阻塞，直到 goroutine 發送數據
	fmt.Println("Main: 接收到數據:", val)
}

輸出

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Main: 等待接收數據
Goroutine: 發送數據
Main: 接收到數據: 42
Goroutine: 完成發送

行為解釋

  1. 發送操作 ch <- 42 阻塞，直到主 goroutine 執行 <-ch 接收數據。
  2. 此模式保證了 goroutine 的同步。

二、Buffered Channel

Buffered channel 具有緩衝區，允許在接收方尚未準備好時，先將數據存入緩衝區。發送操作只有在緩衝區滿時才會阻塞，而接收操作只有在緩衝區為空時才會阻塞。

特點

  1. 發送操作不一定會阻塞（除非緩衝區已滿）。
  2. 適用於需要臨時存儲數據的場景，減少 goroutine 的同步耦合。

範例：Buffered Channel

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package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	ch := make(chan int, 2) // 創建一個緩衝區大小為 2 的 channel

	ch <- 1 // 不阻塞，因為緩衝區有空位
	fmt.Println("Main: 發送數據 1")
	ch <- 2 // 不阻塞，緩衝區仍有空位
	fmt.Println("Main: 發送數據 2")

	// 讀取數據
	fmt.Println("Main: 接收到數據", <-ch)
	fmt.Println("Main: 接收到數據", <-ch)
}

輸出

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Main: 發送數據 1
Main: 發送數據 2
Main: 接收到數據 1
Main: 接收到數據 2

行為解釋

  1. ch <- 1 和 ch <- 2 都不阻塞，因為緩衝區有足夠的容量。
  2. 接收操作 <-ch 在緩衝區有數據時也不會阻塞。

三、主要差異比較

特性 Unbuffered Channel Buffered Channel
是否有緩衝區 否 是
發送操作是否會阻塞 接收方未準備好時會阻塞 緩衝區已滿時會阻塞
接收操作是否會阻塞 發送方未發送數據時會阻塞 緩衝區為空時會阻塞
適用場景 goroutine 間直接同步 減少 goroutine 同步耦合

四、實際應用場景

  1. Unbuffered Channel
    適用於需要強調 goroutine 之間同步行為的場景，例如：

    • 事件通知。
    • 任務執行的前後依賴。

  2. Buffered Channel
    適用於需要暫存數據的場景，例如：

    • 生產者-消費者模式。
    • 批量數據處理。

五、結論

Unbuffered channel 和 Buffered channel 的選擇取決於應用需求。如果需要精確的同步行為，選擇 unbuffered channel；如果希望提高性能並緩解 goroutine 間的阻塞，則選擇 buffered channel。理解它們的特性有助於編寫高效且穩健的並發程式。