Day6 優雅地接收: 用 `for...range` 遍歷Channel，直到世界盡頭

前言

在 Day 5，我們探討了無緩衝與有緩衝 Channel 的差異，了解了如何根據場景選擇合適的「管道」。我們學會了如何發送和接收單個數據，但真實世界中的場景往往更複雜：生產者 (Producer) Goroutine 可能會持續不斷地產生資料流，而消費者 (Consumer) Goroutine 需要處理完所有資料。

我們如何知道生產者何時停止發送？消費者又該如何優雅地停止接收，而不是因為讀取一個空蕩蕩的 Channel 而永久阻塞下去？今天，我們將學習 close() 函式和 for...range 語法，這對組合技將完美解決這個問題。

問題：如何知道 Channel 的盡頭？

想像一個場景：一個 Goroutine 負責生產一系列的任務，並把它們發送到一個 Channel。另一個 Goroutine 負責從 Channel 中取出任務並執行。

func producer(tasks chan<- int) {
    // 產生 5 個任務
    for i := 1; i <= 5; i++ {
        fmt.Printf("Producer: Sending task %d\n", i)
        tasks <- i
        time.Sleep(500 * time.Millisecond)
    }
    // 任務產生完了，然後呢？怎麼通知 consumer？
}

消費者該怎麼寫？如果它只接收 5 次，它就必須預先知道總共有 5 個任務，這在很多動態場景下是不現實的。如果它寫成一個無限迴圈，那麼在接收完第 5 個任務後，它會永遠阻塞在 <-tasks 這一行，等待永遠不會到來的第 6 個任務，最終導致 Goroutine 洩漏。

解法一：val, ok 檢查模式

從一個 Channel 接收資料時，其實可以有兩個回傳值。

val, ok := <-ch

val：從 Channel 接收到的值。
ok (bool)：一個非常重要的狀態旗標。
- 如果 ok 為 true，表示成功地從 Channel 接收到了值 val。
- 如果 ok 為 false，表示 Channel 已經被關閉 (closed) 且 Channel 中已經沒有任何緩衝的資料了。此時 val 會是該 Channel 型別的零值（例如 int 的零值是 0，string 的是 ""）。

要利用這個特性，生產者在完成所有工作後，需要使用內建的 close() 函式來關閉 Channel。

close(ch)：這個函式會標記一個 Channel 為「關閉」狀態。這是一個單向操作，被關閉的 Channel 無法再次被開啟。關閉 Channel 的主要目的是向所有接收者廣播一個信號：「我不會再往這個 Channel 發送任何值了」。

讓我們來看看如何結合 close 和 ok 模式來解決問題：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func producer(tasks chan<- int) {
	// 在函式結束時，關閉 channel
	// 這是一個非常重要的信號
	defer close(tasks)

	for i := 1; i <= 5; i++ {
		fmt.Printf("Producer: Sending task %d\n", i)
		tasks <- i
		time.Sleep(200 * time.Millisecond)
	}
	fmt.Println("Producer: All tasks sent. Channel closed.")
}

func main() {
	tasks := make(chan int, 3)
	go producer(tasks)

	// 使用無限迴圈和 ok 模式來接收
	for {
		task, ok := <-tasks
		if !ok {
			// 如果 ok 是 false，代表 channel 已關閉且無資料
			fmt.Println("Consumer: Channel closed. Exiting.")
			break // 跳出迴圈
		}
		fmt.Printf("Consumer: Received task %d\n", task)
		time.Sleep(500 * time.Millisecond)
	}
}

這個方法可行，但 for { if !ok { break } } 的寫法略顯繁瑣。Golang 官方提供了一種更優雅、更簡潔的語法。

解法二： for…range 的優雅之道

Go 語言的 for...range 迴圈不僅能遍歷 slice, map, array，它也能遍歷 Channel！

當 for...range 用於一個 Channel 時，它會自動地、不斷地從 Channel 中接收資料，直到這個 Channel 被關閉且裡面的值都被取光為止。迴圈會自動結束，你完全不需要自己去判斷 ok 的狀態。

讓我們用 for...range 來重寫上面的 main 函式：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func producer(tasks chan<- int) {
	defer close(tasks)
	for i := 1; i <= 5; i++ {
		fmt.Printf("Producer: Sending task %d\n", i)
		tasks <- i
		time.Sleep(200 * time.Millisecond)
	}
	fmt.Println("Producer: All tasks sent. Channel closed.")
}

func main() {
	tasks := make(chan int, 3)
	go producer(tasks)

	// 使用 for...range 優雅地遍歷 channel
	// 這個迴圈會一直執行，直到 'tasks' channel 被關閉
	for task := range tasks {
		fmt.Printf("Consumer: Received task %d\n", task)
		time.Sleep(500 * time.Millisecond)
	}
	
	fmt.Println("Consumer: Loop finished. All tasks processed.")
}

執行結果與前一個版本完全相同，但 main 函式的程式碼是不是乾淨清爽多了？for...range 在內部幫我們處理了 val, ok 的檢查邏輯，讓我們可以專注於處理接收到的資料。

黃金法則：誰發送，誰關閉

一個至關重要的問題：應該由誰來關閉 Channel？

黃金法則：永遠由發送方 (Sender) 來關閉 Channel，絕不能由接收方 (Receiver) 關閉。

為什麼？因為接收方永遠不知道發送方是否還會發送資料。如果接收方擅自關閉了 Channel，而發送方此時正嘗試向這個已關閉的 Channel 發送資料，將會引發一個無法恢復的 panic。

反之，發送方非常清楚自己何時完成了所有發送任務，此時由它來關閉 Channel 是最安全、最合理的。

對一個已關閉的 Channel 進行操作會發生什麼？

發送到已關閉的 Channel：會引發 panic。
接收自已關閉的 Channel：
- 如果 Channel 中還有緩衝的資料，會繼續成功接收，直到資料被取光。
- 當資料取光後，任何接收操作都會立刻返回，得到的是該型別的零值。
關閉一個已經關閉的 Channel：會引發 panic。

今日總結

今天，我們掌握了如何優雅地處理來自 Channel 的資料流：

close(ch) 是發送方用來通知接收方「不會再有新資料了」的信號。
接收方可以透過 val, ok := <-ch 的模式來判斷 Channel 是否已被關閉。
for task := range tasks 是遍歷 Channel 的最佳實踐，它簡潔、易讀，並能自動處理 Channel 關閉時的迴圈退出。
我們謹記黃金法則：由發送方負責關閉 Channel。

我們現在已經能夠熟練地處理單個 Channel 的生命週期了。但如果我們的 Goroutine 需要同時應對多個 Channel 的事件呢？比如，一個 Channel 傳來任務，另一個 Channel 傳來取消信號。我們該如何同時監聽它們，並對最先到達的事件做出反應？

預告 Day 7: 【並行的十字路口】select：在多個Channel之間做出選擇。我們將學習 Go 併發編程中的另一個強大武器——select 陳述式。