バッファ付きチャネル【Go】

はじめに

Goにおいてバッファ付きチャネルの基本と利点を整理する。

バッファ付きチャネルの基本

バッファサイズは、チャネル内に一時的に保持できる値の最大数。

以下の場合、c は最大10個の整数を保持できる。

c := make(chan int, 10)

送信側（c <- x）は、チャネルのバッファに空きがあれば即座にデータを送信できる。

受信側（<-c）は、チャネルのバッファにデータがあれば即座にデータを受け取れる。

バッファ付きチャネルの利点

バッファ付きチャネルを使用することで、送信側と受信側の処理を完全に同期させる必要がなくなり、非同期的に動作できるようになる。

非バッファ付きチャネルの場合

・非バッファ付きチャネルでは、送信側と受信側は必ず同時に通信しなければならない。
・送信側が値を送信しようとすると、受信側がその値を受け取るまでブロックされる（待機する）。
・同様に、受信側が値を受け取ろうとすると、送信側が値を送信するまでブロックされる。

バッファ付きチャネルの場合

・バッファ付きチャネルでは、バッファに空きがある限り、送信側は値を送信してすぐに次の処理に進むことができる（非同期的に動作できる）。
・バッファにデータがある限り、受信側も即座に値を受け取ることができる。
・バッファがいっぱいになると、送信側は再びブロックされる（受信側がデータを消費するまで待機）。
・バッファが空の場合、受信側は再びブロックされる（送信側がデータを送るまで待機）。

具体例での違い

非バッファ付きチャネルの場合

送信側（c <- 1）は受信側（<-c）が準備されるまでブロックされる。
結果として、送信側と受信側は必ず同時に動作しなければならない。

c := make(chan int)

go func() {
    c <- 1 // 受信側が準備されるまでブロックされる
    fmt.Println("送信完了")
}()

fmt.Println(<-c) // 値を受信してブロック解除

バッファ付きチャネルの場合

送信側は2つの値をバッファに送信して、次の処理に進むことができる。
受信側もバッファから値を取り出すため、両者が同期していなくても問題ない。

c := make(chan int, 2)

go func() {
    c <- 1 // バッファに空きがあるので即座に送信可能
    c <- 2 // 2つ目も即座に送信可能
    fmt.Println("送信完了")
}()

fmt.Println(<-c) // バッファから即座に受信可能
fmt.Println(<-c) // 2つ目も即座に受信可能

A Tour of Goでの実例

fibonacci 関数（ゴルーチン）と main 関数は柔軟に非同期で動作することができる。

package main

import (
	"fmt"
)

func fibonacci(n int, c chan int) {
	x, y := 0, 1
	for i := 0; i < n; i++ {
		c <- x
		x, y = y, x+y
	}
	close(c) // チャネルを閉じると、受信側が送信終了を検出できる
}

func main() {
	c := make(chan int, 10) // チャネル c に最大10個の値をバッファリング
	go fibonacci(cap(c), c)
	for i := range c {
		fmt.Println(i)
	}
}

fibonacci 関数の送信部分

c <- x

この送信操作は、バッファがいっぱいでない限りブロックされない。
バッファがいっぱいになると、受信側（for i := range c）がデータを消費するまで待機する。

main 関数の受信部分

for i := range c {
    fmt.Println(i)
}

チャネルに値があればすぐに受信して出力する。
チャネルが空の場合、送信側がデータを送るまで待機する。