LabVIEW的Channel Wire通道線操作步驟

今天和大家談?wù)凜hannel Wire，中文譯作“通道線”。 Wire，我們是熟悉的——自我們接觸LabVIEW起就在使用Wire，程序框圖里那些VI、子VI、控件、變量等都是通過Wire連接起來的。 但是Channel Wire與Wire是完全不一樣的東西，功能也比Wire豐富和強大太多。 ? 初識Channel Wire（通道線）

在《Labview多線程編程（二） 并列的代碼框圖》里我們說過，并列的while循環(huán)是LabVIEW里基本的多線程形式，但是while循環(huán)之間不能夠有連線連接。例如下面這個代碼，while loop2在while loop1結(jié)束后才會被執(zhí)行。

現(xiàn)在我們先看看下面這個代碼。這兩個循環(huán)是并行執(zhí)行還是串行執(zhí)行？

這里面有兩個While循環(huán)，通過一根 Channel Wire連接著。串行執(zhí)行？不對，它們是并行的。

為什么它們是并行的？因為連接它們的線更粗——路子粗了么就不按規(guī)則來了——開個玩笑。真正的原因是：這個粗線是channel wire（通道線），通道線不定義執(zhí)行順序。

Wire and Channel Wire線與通道線

線（wire），LabVIEW里鼠標拖拽，連接不同控件、VI、變量等圖形化編程元素的線，表示數(shù)據(jù)流的流向（從左到右），可以通過線設(shè)定代碼執(zhí)行順序，一般稱之為“數(shù)據(jù)流線”。 通道線（channel wire），一種“與眾不同”的連線： 1）不建立數(shù)據(jù)流向； 2）必須結(jié)合端點（EndPoint）使用； 3）不能通過通道線設(shè)定代碼執(zhí)行順序； 4）方便表達數(shù)據(jù)流的來源和去向。 在《LabVIEW常見變量類型及使用注意事項》里，我們提到過變量的一些使用注意事項，相較于變量而言通道線是一種更簡單的、圖形化表達的數(shù)據(jù)傳輸機制。 通道線簡化了并行循環(huán)之間數(shù)據(jù)傳輸所涉及的編程，例如常見的生產(chǎn)者和消費者模式中兩個生產(chǎn)者和消費者之間的數(shù)據(jù)傳輸。 通道線有助于減少局部變量、全局變量、隊列和通知器等現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸機制的使用。從長遠來看，通道線還有助于減少大多數(shù)引用句柄和變量編程的使用。

通道線類型

1）串流Stream Channel

FIFO、不允許分叉，只能有一個寫入方和一個讀取方。

2）消息器Messenger Channel

多對多，可以有多個寫入方和多個讀取方。

3）Tag

類似于變量，可以有多個讀取方和寫入方，僅最新的數(shù)據(jù)有效。 換句話說，存在寫入數(shù)據(jù)未被讀取即被覆蓋的風(fēng)險。所以，Tag是不能消除多線程競爭帶來的數(shù)據(jù)“變臟”的風(fēng)險的。

4）累加器Tag

類似于一個可以把多個寫入值累計求和的變量，可以有多個寫入方和讀取方。

5）高速串流

6）有損串流

7）單元素串流

8）事件消息器

我們先以串流通道（Strem Channel)為入口，大致了解一下通道線到底是什么、怎么用、有什么優(yōu)點。

怎么創(chuàng)建通道線？

在程序框圖函數(shù)面板里是找不到通道線相關(guān)VI的。 要創(chuàng)建通道線，我們只需在需要傳遞的數(shù)據(jù)上單擊鼠標右鍵、選擇Create->Channel Writer...，就會彈出這個選擇通道線（Channel Wire）及其端點（Endpoint）類型的對話框。

例如選擇Stream通道線的Write，單擊OK后就產(chǎn)生了一個通道線寫入端點（Endpoint），在輸出的channel上單擊右鍵還可以創(chuàng)建讀取端點等。

使用通道線的優(yōu)點 1）圖形化表達，更加直觀，方便直接查看數(shù)據(jù)連接。 2）與引用句柄和變量相比，通道線所需節(jié)點更少。 3）通道線支持停止、超時等元數(shù)據(jù)信令。

下圖，串流通道線與隊列的對比。圖中上下兩部分的代碼實現(xiàn)的功能是一樣的，上半部分代碼是使用隊列實現(xiàn)的，下半部分代碼是使用串流通道實現(xiàn)的。很明顯，串流通道線需要的節(jié)點更少，代碼更簡潔。

通道線在生產(chǎn)者消費者中的應(yīng)用

生產(chǎn)者消費者Producer Consumer是一個常用的設(shè)計模式，我們看看通道線在其中的應(yīng)用及其帶來的益處。 下圖是基于隊列實現(xiàn)的生產(chǎn)者消費者模式。為了使消費者線程能夠及時退出，采用了一個隊列傳送生產(chǎn)者發(fā)出的退出請求。下圖中生產(chǎn)者線程中特地加入了100ms延時，消費者處理數(shù)據(jù)的速度相比更快，能夠保證生產(chǎn)者產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被處理完。如果沒有這個延時或者生產(chǎn)者產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速度比消費者處理數(shù)據(jù)的速度快，在生產(chǎn)者發(fā)出退出請求時隊列中是會有數(shù)據(jù)尚未被處理的。如果要確保消費者線程終止前隊列中的數(shù)據(jù)被處理完，我們需要額外編程。 ?

小結(jié)一下通過隊列實現(xiàn)生產(chǎn)者消費者的缺點： 1）退出需要自己編程實現(xiàn)。 2）不能簡易實現(xiàn)生產(chǎn)者退出、消費者處理完數(shù)據(jù)后退出。

下圖是基于串流通道（Channel Stream）實現(xiàn)的生產(chǎn)者消費者設(shè)計模式。一個生產(chǎn)者、一個消費者，不涉及到競爭問題，使用串流通道Write With Abort端點寫入數(shù)據(jù)，使用串流通道Read With Abort讀取數(shù)據(jù)。

通過Stream Channel在兩個線程之間傳遞數(shù)據(jù)。 通過channel的last element、abort參數(shù)可以快速實現(xiàn)不同的退出： 1）緊急退出。立即退出，放棄對數(shù)據(jù)的處理。 2）生產(chǎn)者退出、消費者處理完數(shù)據(jù)后退出。 3）生產(chǎn)者、消費者都可以發(fā)起退出并快速得到響應(yīng)。 以上退出功能的快速實現(xiàn)，得益于lastelement和abort參數(shù)。

這些功能，如果用隊列實現(xiàn)，是需要不少額外編程工作量的，而且代碼節(jié)點會增加很多，影響代碼可讀性和可維護性。? ?

Stream With Replicate示例

1個寫入端點、1個讀取端點的串流通道我們看過了。下面是1個寫入端點、2個讀取端點的串流通道示例。

這個代碼第一印象非常簡潔，數(shù)據(jù)的來源和去向也很清晰。 Replicate的通道線（Insert->Replicate），寫入的數(shù)據(jù)被復(fù)制成2份，兩個消費者線程按照各自的處理速度訪問數(shù)據(jù)，完全沒有影響。如果是用隊列，我們可能需要考慮使用兩個隊列實現(xiàn)。 ? 通道線是一種適合圖形化編程的、簡潔的、高效的數(shù)據(jù)傳送機制。了解、熟悉通道線，合理利用通道線，可以幫助我們更高效、高可靠地設(shè)計軟件。 ?

編輯：黃飛

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