Go语言实战案例：使用channel实现生产者消费者模型

本文是「Go语言100个实战案例 · 网络与并发篇」系列第4篇，带你通过一个实战案例掌握 Channel 的用法，并用它优雅地实现经典并发模式：生产者-消费者模型。

一、前言

在并发编程中，生产者-消费者模型是最基础、最常见的通信模式之一。它广泛应用于日志系统、任务队列、消息传递、数据流管道等场景。

Go 语言对并发编程的支持非常强大，其中最具代表性的就是 Channel —— 一种内置的通信机制，用于在多个 Goroutine 之间安全地传递数据。

“Don't communicate by sharing memory; share memory by communicating.” —— Go 编程哲学

二、目标说明

我们将实现一个完整的生产者-消费者模型，包含以下要点：

使用 Channel 作为通信桥梁
多个生产者并发生成任务
多个消费者并发处理任务
正确关闭 Channel，防止阻塞或 panic
可配置的任务数量和生产者/消费者数量

三、生产者消费者模型图解

+-------------+             +-------------+
|  Producer 1 |             | Consumer 1  |
+-------------+             +-------------+│                         │
+-------------+         +------------------+
|  Producer N |──────▶  |     Channel      | ────▶ Consumer M ...
+-------------+         +------------------+

四、完整代码实现

package mainimport ("fmt""math/rand""sync""time"
)// 任务结构体
type Task struct {ID    intValue int
}// 生产者函数
func producer(id int, taskCh chan<- Task, wg *sync.WaitGroup, count int) {defer wg.Done()for i := 0; i < count; i++ {task := Task{ID:    id*1000 + i,Value: rand.Intn(100),}fmt.Printf("[生产者-%d] 生产任务：%v\n", id, task)taskCh <- tasktime.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(300)))}
}// 消费者函数
func consumer(id int, taskCh <-chan Task, wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done()for task := range taskCh {fmt.Printf("----[消费者-%d] 消费任务：%v\n", id, task)time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(500)))}fmt.Printf("----[消费者-%d] 任务完成，退出\n", id)
}func main() {rand.Seed(time.Now().UnixNano())taskCh := make(chan Task, 10) // 带缓冲的通道producerCount := 3consumerCount := 2tasksPerProducer := 5var wgProducers sync.WaitGroupvar wgConsumers sync.WaitGroup// 启动消费者for i := 1; i <= consumerCount; i++ {wgConsumers.Add(1)go consumer(i, taskCh, &wgConsumers)}// 启动生产者for i := 1; i <= producerCount; i++ {wgProducers.Add(1)go producer(i, taskCh, &wgProducers, tasksPerProducer)}// 等所有生产者完成后关闭通道go func() {wgProducers.Wait()close(taskCh)}()// 等待所有消费者完成wgConsumers.Wait()fmt.Println("所有任务已处理完毕。程序退出。")
}

五、运行效果示例

运行结果（部分）：

[生产者-1] 生产任务：{1000 84}
----[消费者-1] 消费任务：{1000 84}
[生产者-2] 生产任务：{2000 56}
[生产者-3] 生产任务：{3000 21}
----[消费者-2] 消费任务：{2000 56}
----[消费者-1] 消费任务：{3000 21}
...
----[消费者-1] 任务完成，退出
----[消费者-2] 任务完成，退出
所有任务已处理完毕。程序退出。

六、关键知识点讲解

1. `chan Task`

Channel 是 Go 提供的安全通信机制，可用于传递任何类型的数据。在本例中，我们使用 chan Task 来传递结构体任务。

2. `chan<-` 与 `<-chan`

chan<- Task：只写通道，生产者用
<-chan Task：只读通道，消费者用这是一个非常好的习惯，有助于在编译期限制错误。

3. `close(chan)`

通道关闭后，消费者仍然可以继续读取未消费的数据。一旦通道为空，读取操作会返回零值并终止迭代。

4. `sync.WaitGroup`

用于等待多个生产者/消费者完成，是并发控制中非常重要的同步工具。

七、常见错误和注意事项

问题描述	正确做法
向关闭的通道写入会 panic	生产者完成后再关闭通道，不能提前
读通道未关闭，程序阻塞	主程序需要关闭通道以让 `range` 退出
使用无缓冲通道导致性能瓶颈	推荐使用缓冲通道，避免 goroutine 阻塞太多
竞争条件导致数据错乱	Channel 可以有效避免锁竞争，推荐使用