Go 基础知识与框架体系 系列三: channel

这篇文章总结了 Go 的知识体系: channel，包括其中的底层实现等等。

channel

channel 主要采用 CSP 并发模型实现的原理：不要通过共享内存来通信，而要通过通信来实现内存共享。它分为两种：带缓冲、不带缓冲。对不带缓冲的 channel 进行的操作实际上可以看作 “同步模式”，带缓冲的则称为 “异步模式”。

1. 非缓冲的 channel

无缓冲的通道只有当发送方和接收方都准备好时才会传送数据, 否则准备好的一方将会被阻塞。

2. 带缓冲的 channel

有缓冲的 channel 区别在于只有当缓冲区被填满时, 才会阻塞发送者, 只有当缓冲区为空时才会阻塞接受者。值得注意的是，

• 关闭 channel 以后仍然可以读取数据
• for range 循环可以持续从一个 channel 中接收数据

3. channel 的底层实现

1 channel 底层结构体

• buf 是有缓冲的 channel 所特有的结构，用来存储缓存数据。是个循环链表
• sendx 和 recvx 用于记录 buf 这个循环链表中的~发送或者接收的 ~index
• lock 是个互斥锁。
• recvq 和 sendq 分别是接收 (<-channel) 或者发送 (channel <- xxx) 的 goroutine 抽象出来的结构体 (sudog) 的队列。是个双向链表

channel 的实现借助于结构体 hchan, 如下：

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type hchan struct {
    qcount   uint           // total data in the queue
    dataqsiz uint           // size of the circular queue
    buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements
    elemsize uint16
    closed   uint32
    elemtype *_type // element type
    sendx    uint   // send index
    recvx    uint   // receive index
    recvq    waitq  // list of recv waiters
    sendq    waitq  // list of send waiters

    // lock protects all fields in hchan, as well as several
    // fields in sudogs blocked on this channel.
    //
    // Do not change another G's status while holding this lock
    // (in particular, do not ready a G), as this can deadlock
    // with stack shrinking.
    lock mutex
}

2 send/recv 的细化操作

缓存链表中以上每一步的操作，都是需要加锁操作的！

每一步的操作的细节可以细化为：

• 第一，加锁
• 第二，把数据从 goroutine 中 copy 到“队列”中(或者从队列中 copy 到 goroutine 中）。
• 第三，释放锁

goroutine 内存 copy 到 channel:

channel 中的内存 copy 到 goroutine:

3. goroutine 的阻塞操作

goroutine 的阻塞操作，实际上是调用 send (ch <- xx) 或者 recv ( <-ch) 的时候主动触发的，

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//goroutine1 中，记做G1

ch := make(chan int, 3)

ch <- 1
ch <- 1
ch <- 1

当 channel 缓存满了以后，再次进行 send 操作 (ch<-1) 的时候，会主动调用Go的调度器,让G1等待，并从让出M，让其他G去使用，

同时G1也会被抽象成含有G1指针和 send 元素的 sudog 结构体保存到 hchan 的 sendq 中等待被唤醒。直到另一个 goroutine G2从缓存队列中取出数据，channel 会将等待队列中的G1推出，将G1当时 send 的数据推到缓存中，然后调用 Go 的 scheduler，唤醒G1，并把G1放到可运行的 goroutine 队列中。

4. channel 可能出现的状态