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关于goroutine:用golang的channel特性来做简易分拣机的中控部分

jiezi

先介绍一下我的项目的背景，之前单位有一个做小型快递分拣机的需要，针对小型包裹智能分拣到不通的进口。大抵的物理传送带如下方图所示，原谅我不会画图。此文章的目标，只是给大家展现一下 golang channel 的用途。

如上图所示，传送带分了几个局部，头部区域，分拣工作区域，硬件设施（传感器和臂手）。
头部区域次要有摄像头和扫码枪，次要是辨认包裹，查问出包裹对应的区域地址。
头部区域和分拣工作区域边界，会有一个红外线传感器，来确定包裹进入了分拣工作区域。
在传送带的齿轮上会有一个速度传感器，来实时承受信号，计算传送带转动的间隔。
分拣工作区域每隔 30cm 会有臂手（这里咱们会有 led 灯做模仿，其实就是一个 GPIO）

依据以上的简述，咱们用 golang 代码来简略实现这个逻辑

1. 功能分析

头部区域波及到扫描枪和摄像头的 AI 辨认，咱们就临时用一个 scanPacket 函数来模仿代替,

// 模仿 每隔两秒钟会有一个包裹

func ScanPacket() {ticker := time.NewTicker(2 * time.Second)
    for {
        <-ticker.C
        fmt.Println("scan a packet")
    } 
}

当辨认到一个包裹后咱们就要确定它要在哪个 led 灯左近, 所以咱们先要把 led 的配置初始化好 

// Light 灯
type Light struct {
    Id       int    // 灯编号
    State    string // on/off
    Distance int64  // 间隔入口红外线传感器的地位（就是距分拣工作区域起始地位的长度）单位 mm
    SwitchCh chan struct{} // 用来告诉该灯亮起}

var lights = map[int]*Light{
    1: {
        Id:       1,
        State:    "off",
        Distance: 300,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
    2: {
        Id:       2,
        State:    "off",
        Distance: 600,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
    3: {
        Id:       3,
        State:    "off",
        Distance: 900,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
    4: {
        Id:       4,
        State:    "off",
        Distance: 1200,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
}

// 此处模仿了 4 个 led 灯和对应的传送带的地位

定义包裹的构造体 

// Packet 包裹
type Packet struct {
    Id          int64         // 包裹 id
    BelongLight *Light        // 所属 led 灯的地位
    Distance    int64         // 这个包裹对应的分拣工作区的地位（就是灯的地位）SensorCh    chan struct{} // 传感器的 channel}

因为速度传感器的 io 频率很高，如果把所有的 packet 都保护到一个数组外面，前面计算每个包裹的间隔时，锁的并发会很大，我这边就利用了 goroutine 的劣势，对每个包裹启动了一个 goroutine，包裹的状态和间隔都是单协程计算，不存在数据抵触。

func packetWorker(packet *Packet) {//fmt.Printf("packet %d scan\n", packet.Id)
    defer func() {close(packet.SensorCh)
    }()
    // 1. 注册包裹的 channel
    packetChanRegisterSets.Register(packet)
    // 2. 开始监控速度传感器的信号
    for {
        <-packet.SensorCh
        packet.Distance = packet.Distance - 8
        //fmt.Printf("packet %d distance is %d\n", packet.Id, packet.Distance)
        if packet.Distance >= -16 && packet.Distance <= 16 {
            // 3. 告诉对应的 led 灯亮起 /（臂手拨动）packet.BelongLight.SwitchCh <- struct{}{}
            // 4. 勾销注册
            packetChanRegisterSets.UnRegister(packet)
            return
        }
    }
}

每个包裹实例都有一个 channel，把包裹所有的 channel 都注册到一个汇合外面，当承受速度传感器信号时，只须要把汇合内的所有 channel 发一个信号（播送），就能告诉所有的包裹从新计算所到的地位。整个零碎的并发全副集中到 PacketChanRegisterSet，大大的放大了并发的范畴。大部分的并发也只是读 

type PacketChanRegisterSet struct {Set sync.Map}

func (s *PacketChanRegisterSet) Register(packet *Packet) {s.Set.Store(packet.Id, packet.SensorCh)
}

// Broadcast 播送
func (s *PacketChanRegisterSet) Broadcast() {s.Set.Range(func(key, value any) bool {c := value.(chan struct{})
        c <- struct{}{}
        return true
    })
}

func (s *PacketChanRegisterSet) UnRegister(packet *Packet) {s.Set.Delete(packet.Id)
}

当 led 灯（或者臂手）承受到 channel 信号的时候就亮起 

func lightWorker(light *Light) {
    for {
        <-light.SwitchCh
        fmt.Printf("light %d is turn on\n", light.Id)
    }
}

2. 代码实现 

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync"
    "time"
)

var lights = map[int]*Light{
    1: {
        Id:       1,
        State:    "off",
        Distance: 300,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
    2: {
        Id:       2,
        State:    "off",
        Distance: 600,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
    3: {
        Id:       3,
        State:    "off",
        Distance: 900,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
    4: {
        Id:       4,
        State:    "off",
        Distance: 1200,
        SwitchCh: make(chan struct{}, 10),
    },
}

type PacketChanRegisterSet struct {Set sync.Map}

func (s *PacketChanRegisterSet) Register(packet *Packet) {s.Set.Store(packet.Id, packet.SensorCh)
}

// Broadcast 播送
func (s *PacketChanRegisterSet) Broadcast() {s.Set.Range(func(key, value any) bool {c := value.(chan struct{})
        c <- struct{}{}
        return true
    })
}

func (s *PacketChanRegisterSet) UnRegister(packet *Packet) {s.Set.Delete(packet.Id)
}

var packetChanRegisterSets = PacketChanRegisterSet{Set: sync.Map{},
}

func main() {

    // 启动灯
    for _, light := range lights {go lightWorker(light)
    }
    // 启动扫描包裹程序
    go ScanPacket()

    // 模仿传感器
    ticker := time.NewTicker(200 * time.Millisecond)

    for {
        <-ticker.C
        packetChanRegisterSets.Broadcast()}

}

// Packet 包裹
type Packet struct {
    Id          int64         // 包裹 id
    BelongLight *Light        // 所属 led 灯的地位
    Distance    int64         // 这个包裹对应的分拣工作区的地位（就是灯的地位）SensorCh    chan struct{} // 传感器的 channel}

// Light 灯
type Light struct {
    Id       int    // 灯编号
    State    string // on/off
    Distance int64  // 间隔 单位 mm
    SwitchCh chan struct{}}

// ScanPacket 扫描包裹
func ScanPacket() {ticker := time.NewTicker(2 * time.Second)
    for {
        <-ticker.C
        fmt.Println("scan a packet")
        id := rand.Intn(4)
        light := lights[id+1]
        packet := Packet{Id:          time.Now().Unix(),
            BelongLight: light,
            Distance:    light.Distance,
            SensorCh:    make(chan struct{}, 100),
        }
        go packetWorker(&packet)
    }
}

func packetWorker(packet *Packet) {//fmt.Printf("packet %d scan\n", packet.Id)
    defer func() {close(packet.SensorCh)
    }()
    // 1. 注册包裹的 channel
    packetChanRegisterSets.Register(packet)
    // 2. 开始监控速度传感器的信号
    for {
        <-packet.SensorCh
        packet.Distance = packet.Distance - 8
        //fmt.Printf("packet %d distance is %d\n", packet.Id, packet.Distance)
        if packet.Distance >= -16 && packet.Distance <= 16 {
            // 3. 告诉对应的 led 灯亮起 /（臂手拨动）packet.BelongLight.SwitchCh <- struct{}{}
            // 4. 勾销注册
            packetChanRegisterSets.UnRegister(packet)
            return
        }
    }
}

func lightWorker(light *Light) {
    for {
        <-light.SwitchCh
        fmt.Printf("light %d is turn on\n", light.Id)
    }
}
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