通道与通信

本课属于 Coddy GO 学习旅程的“面向对象编程”单元。第 60 课，共 107 课。

通道是 Go 中 goroutine 之间通信的主要机制。与直接共享内存不同，goroutine 通过通道发送和接收值，这遵循 Go 的理念：“不要通过共享内存来通信，而要通过通信来共享内存。”

使用 make 函数和 chan 关键字创建一个通道：

messages := make(chan string)

使用箭头运算符 <- 来发送和接收值。箭头指向数据流动的方向：

func main() {
    messages := make(chan string)
    
    go func() {
        messages <- "hello"  // 发送到通道
    }()
    
    msg := <-messages  // 从通道接收
    fmt.Println(msg)   // 输出：hello
}

默认情况下，发送和接收都会阻塞，直到另一端准备就绪。当 goroutine 发送 "hello" 时，它会等待 main 准备好接收。这种阻塞行为提供了内置的同步机制：不需要 time.Sleep。

你可以关闭通道，以表示不会再发送任何值。接收方可以检测到这一点：

close(messages)

msg, ok := <-messages
if !ok {
    fmt.Println("Channel closed")
}

通道有类型限制：chan string 只能传递字符串。这种类型安全性可确保 goroutine 使用正确的数据类型进行通信，并在编译时而不是运行时捕获错误。

挑战

简单

让我们构建一个消息中继系统，演示 goroutine 如何通过通道通信。你将创建一个流水线，让消息在不同的处理阶段之间流动，并让每个阶段并发运行。

你将把代码组织在两个文件中：

relay.go：定义消息处理流水线。
创建一个 Message 结构体，包含 ID（int）和 Content（string）字段。

实现三个函数，分别代表流水线中的不同阶段：
- Producer(messages []Message, out chan Message) - 接收一个消息切片，并将每条消息发送到输出通道。发送完所有消息后，关闭通道以表示处理完成。
- Transformer(in chan Message, out chan Message) - 从输入通道接收消息，将每条消息的内容转换为大写，然后把转换后的消息发送到输出通道。当输入通道关闭时（使用双值接收形式检测），关闭输出通道。
- Consumer(in chan Message) []string - 从输入通道接收所有消息，并将它们收集到一个格式化字符串切片中。每个字符串应采用以下格式：Message [ID]: [Content]。通道关闭后，返回该切片。
main.go：设置流水线，并协调并发消息流。
读取消息数量，然后读取每条消息的 ID 和内容。创建消息，并设置两个通道来连接流水线的三个阶段。将 Producer 和 Transformer 作为 goroutine 启动，然后在主 goroutine 中运行 Consumer 来收集结果。将每条结果单独打印一行。

将提供以下输入：

第 1 行：消息数量（整数）
后续各行：每条消息占两行，先是消息 ID（整数），然后是消息内容（字符串）

例如，给定以下输入：

2
1
hello world
2
go channels

你的输出应为：

Message 1: HELLO WORLD
Message 2: GO CHANNELS

流水线的流程如下：Producer 发送消息 → Transformer 将内容转换为大写 → Consumer 收集结果并进行格式化。每个箭头都表示连接并发阶段的通道。使用 strings 包进行大写转换。

亲手试试

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"os"
	"strconv"
	"strings"
)

func main() {
	reader := bufio.NewReader(os.Stdin)

	// 读取消息数量
	nLine, _ := reader.ReadString('\n')
	n, _ := strconv.Atoi(strings.TrimSpace(nLine))

	// 读取消息
	messages := make([]Message, n)
	for i := 0; i < n; i++ {
		idLine, _ := reader.ReadString('\n')
		id, _ := strconv.Atoi(strings.TrimSpace(idLine))
		contentLine, _ := reader.ReadString('\n')
		content := strings.TrimSpace(contentLine)
		messages[i] = Message{ID: id, Content: content}
	}

	// TODO: 创建两个通道，连接流水线的各个阶段

	// TODO: 将 Producer 作为 goroutine 启动

	// TODO: 将 Transformer 作为 goroutine 启动

	// TODO: 在主 goroutine 中运行 Consumer 并收集结果

	// TODO: 每行打印一个结果
}

自我测试

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