前言

本文算是對Diving Deep Into The Golang Channels的翻譯,也算加強對channel的了解和使用笋熬。

使用channel

func goRoutineA(a <- chan int){
  val := <- a
  fmt.Println("goRoutineA received the data", val)
}

func main(){
  ch := make(chan int) // 定義一個channel：接收int類型
  go goRoutineA(ch)
  time.Sleep(time.Second * 1)  // 防止主線程退出看不到goroutine內(nèi)容輸出
}

整個執(zhí)行流程如下

channel-1

channel-2

從上面兩張圖片看到：使用make(chan int)定義的channel较锡，當(dāng)channel中不存在數(shù)據(jù)時 在執(zhí)行<- a時會被blocked直到channel中有數(shù)據(jù)点楼。
在golang中使用channel能夠使得runnable的goroutine在向channel發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時處于blocked宠纯。

channel structure

在go中斗躏，channel實現(xiàn)了在不同的goroutine間傳遞message的基本。
當(dāng)我們使用make函數(shù)來創(chuàng)建channel后衬浑，對應(yīng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是怎樣的捌浩？

ch := make(chan int, 3)

在runtime時channel具體結(jié)構(gòu)

接下來我們會針對其中的一些內(nèi)容進(jìn)行詳解

hchan struct

當(dāng)我們通過make(chan int, 3)創(chuàng)建一個buffer=3的channel時，就會創(chuàng)建一個hchan結(jié)構(gòu)

hchan

• dataqsize： 對應(yīng)的channel的buffer大小工秩，比如使用make(chan T, N),其中T代表channel中元素的類型尸饺，N就是channel的buffer大小助币；
• elementsize：channel中的元素大欣颂；
• buf：channel中element真正存放的循環(huán)隊列眉菱；不過該字段只有在使用buffered的channel時才有意義迹栓；
• closed：記錄當(dāng)前channel是否已關(guān)閉，在使用make創(chuàng)建一個channel后俭缓，closed=0克伊， 代表當(dāng)前channel處于open；當(dāng)調(diào)用close時可將該channel關(guān)閉华坦，closed=1愿吹；代表當(dāng)前channel不能再進(jìn)行任何write操作。
• recvq 和 sendq：都是等待隊列惜姐，主要存放進(jìn)行讀取channel數(shù)據(jù)或?qū)懭隿hannel數(shù)據(jù)時處于blocked的goroutines洗搂。
• lock：主要用來保證channel的讀寫或發(fā)送接收是互斥操作。確保對channel的讀取或?qū)懭氲淖枞?/li>

sudog struct

可將sudgo當(dāng)成goroutine來理解

sudog結(jié)構(gòu)

先將前面的實例進(jìn)行調(diào)整下：

func goRoutineA(a <- chan int){
  val := <- a
  fmt.Println("goroutineA received the data", val)
}

func goRoutineB(b <- chan int){
  val := <- b
  fmt.Println("goroutineB received the data ", val)
}

func main(){
  ch := make(chan int)
  go goRoutineA(ch)
  go goRoutineB(ch)
   ch <- 3  
  time.Sleep(time.Second * 1)
}

對應(yīng)的生成的channel結(jié)構(gòu)如下：

channel結(jié)構(gòu)

可以看到凸出部分展示了本實例中定義兩個goroutine(goroutineA和goroutineB)來嘗試讀取channel中的數(shù)據(jù)载弄。在執(zhí)行 ch <- 3之前，由于channel中并沒有任何數(shù)據(jù)撵颊，而兩個goroutine將會阻塞在接收數(shù)據(jù)操作上宇攻，并用sudog進(jìn)行包裝，同時兩個sudog會被存放到recvq里倡勇。
在channel中的recvq和sendq都是基于鏈表實現(xiàn)的逞刷，如下

channel之recvq

channel之send操作： c<- x

先看看如下幾種send操作：

• 1.對nil channel執(zhí)行send操作

nil channel執(zhí)行send

在對一個nil channel執(zhí)行send操作時 會導(dǎo)致當(dāng)前goroutine暫停其操作

• 2.對closed channel執(zhí)行send

closed channel

向一個已經(jīng)closed的channel發(fā)送數(shù)據(jù)會觸發(fā)一個panic

• 3.當(dāng)一個goroutine阻塞在channel上，send數(shù)據(jù)時會直接將數(shù)據(jù)發(fā)送該goroutine

blocked channel

該實例也說明recvq在其中扮演一個最終的角色：若是在recvq中任意一個goroutine在等待接收數(shù)據(jù)扔役，對應(yīng)的channel的wirter會直接將value傳遞給當(dāng)前的goroutine(waiting receiver)帆喇。見send函數(shù)：

channel之send

在396行代碼處 goready(gp, skip + 1),會使得在阻塞等待數(shù)據(jù)的那個goroutine將被再次runnable，go scheduler也將會再次運行該goroutine亿胸。

• 4.Buffered Channel

當(dāng)我們通過make(chan T, N)定義一個帶有buffer的channel時坯钦，若是對應(yīng)的hchan.buf還有可用空間則會將data存到到buffer中而不是像非buffered的channel一樣處于阻塞预皇，等待數(shù)據(jù)被接收。

buffered channel

chanbuf(c, i)直接訪問相應(yīng)的內(nèi)存空間婉刀。
通過對比qcount和dataqsiz來判斷hchan.buf是否還有free空間吟温；通過將ep指針指向的區(qū)域copy到ringbuffer，來完成入列元素的send操作突颊，并調(diào)整sendx和qcount鲁豪。

• 5.若是hchan.buf沒有可用空間時 會如何？律秃？爬橡？

full channel

上述代碼：
首先會在當(dāng)前stack上創(chuàng)建一個goroutine，并將該goroutine狀態(tài)=park同時將該goroutine添加到sendq中友绝。

關(guān)于send

1.將當(dāng)前的channel進(jìn)行blocked
2.確定執(zhí)行write堤尾，會從recvq中獲取一個等待的goroutine，并將對應(yīng)的element直接寫給該goroutine迁客。
3.當(dāng)對應(yīng)的recvq是空的郭宝，首先要確保當(dāng)前的buffer是否可用，若是可用掷漱，則從當(dāng)前的goroutine的copy數(shù)據(jù)到buffer中
typedmemmove內(nèi)部使用memmove將一個內(nèi)存塊從一個位置copy到另外一個位置粘室。
4.若是buffer已滿，則寫入到channel的元素會被保存到當(dāng)前運行的goroutine卜范，并且當(dāng)前goroutine將sendq處進(jìn)行等待衔统。
通過對比buffered channel和unbuffered channel差別在于對應(yīng)的hchan分配有buffer。對于一個unbuffered channel 當(dāng)send數(shù)據(jù)時并沒有對應(yīng)的receiver則會將元素保存到sudog中的elem字段海雪，對應(yīng)buffered channel也是同樣的道理锦爵。
接下來會通過結(jié)合實例來闡述關(guān)于上面羅列的第4點:
如下代碼只是用來演示 執(zhí)行可能會導(dǎo)致一個panic

package main

func goroutineA(c2 chan int){
  c2 <- 2
}

func main(){
  c2 := make(chan int)
  go routineA(c2)

  for{}
}

如上的運行時channel的結(jié)構(gòu)

unbuffered

不過即使我們將值2添加到channel中對應(yīng)的buf卻不存在該值，將會保存在goroutine的sudog結(jié)構(gòu)中奥裸。在上面例子中g(shù)oroutineA向channel c2發(fā)送數(shù)據(jù)险掀，但此時并沒有對應(yīng)的receiver準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，因而goroutineA將被添加到channel的sendq列表中湾宙，并一直阻塞暫停等待receiver來獲取數(shù)據(jù)樟氢。接下來看看運行時的sendq結(jié)構(gòu)，來驗證前面的內(nèi)容

runtime sendq

針對channel所有的transfer都是采用值copy的方式伟恶。也就是說在channel的所有的操作都是值拷貝碴开。

值拷貝

正如上面演示樣例 也是通過拷貝g的值到buffer中。
Don't communicate by sharing memory; share memory by communicating.

&{Ankur 25}
modifyUser Received Value &{Ankur Anand 100}
printUser goRoutine called &{Ankur 25}
&{Anand 100}

樣例值拷貝

receive channel

其實跟channel send操作很類似博秫。

channel receiver

Select： 多路復(fù)用

演示實例

multiplexing on multiple channel

1.在select代碼塊中的case執(zhí)行都是互斥的叹螟，故而是需要select case中的channel來獲取lock執(zhí)行的鹃骂，每個channel獲取執(zhí)行l(wèi)ock的順序是基于Hchan地址的排序來進(jìn)行l(wèi)ock的獲取，這樣就能確保不會同時鎖定所有相關(guān)通道的互斥鎖罢绽。

sellock(scases, lockorder)

每個在scases數(shù)組中的scase包括當(dāng)前case的操作類型以及它所在的channel畏线。

scase結(jié)構(gòu)

• kind 代表當(dāng)前case的操作類型，可能取值：CaseRecv良价、CaseSend寝殴、CaseDefault
  2.計算輪詢順序：shuffle所有涉及的通道，以提供偽隨機保證明垢，并根據(jù)輪詢順序依次遍歷所有情況蚣常，以查看其中是否有準(zhǔn)備好進(jìn)行通信。這個輪詢順序使得select操作不必遵循程序中聲明的順序痊银。

  
  
  poll order
  
  
  case in select
  
  

  3.在select代碼塊中抵蚊，只要有一個通道操作沒有阻塞，select語句就可以返回溯革，如果選擇的通道已經(jīng)準(zhǔn)備好了贞绳，甚至不需要接觸所有通道。
  若是當(dāng)前沒有通道響應(yīng)致稀，也沒有默認(rèn)語句冈闭，則當(dāng)前g必須根據(jù)情況掛載所有通道的相應(yīng)等待隊列。
  若是當(dāng)前所有的case都已準(zhǔn)備好抖单， 則會隨機執(zhí)行一個case萎攒。

  
  
  park goroutine in select case
• sg.isSelect 代表goroutine正在參與當(dāng)前的select塊。

channel是go中一個非常強大和有趣的機制矛绘。但是為了有效地使用它們耍休，你必須了解它們是如何工作的。希望本文能夠解釋Go中通道所涉及的非郴醢基本的工作原理羊精。

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