圖解Go的select語句原理

Go 的select語句是一種僅能用于channl發(fā)送和接收消息的專用語句妇多,此語句運行期間是阻塞的伤哺;當select中沒有case語句的時候,會阻塞當前的groutine。所以立莉,有人也會說select是用來阻塞監(jiān)聽goroutine的绢彤。
還有人說:select是Golang在語言層面提供的I/O多路復(fù)用的機制,其專門用來檢測多個channel是否準備完畢:可讀或可寫蜓耻。

以上說法都正確茫舶。

I/O多路復(fù)用

我們來回顧一下是什么是I/O多路復(fù)用

普通多線程(或進程)I/O

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每來一個進程刹淌,都會建立連接饶氏,然后阻塞,直到接收到數(shù)據(jù)返回響應(yīng)有勾。
普通這種方式的缺點其實很明顯:系統(tǒng)需要創(chuàng)建和維護額外的線程或進程疹启。因為大多數(shù)時候,大部分阻塞的線程或進程是處于等待狀態(tài)蔼卡,只有少部分會接收并處理響應(yīng)喊崖,而其余的都在等待。系統(tǒng)為此還需要多做很多額外的線程或者進程的管理工作菲宴。

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為了解決圖中這些多余的線程或者進程贷祈,于是有了"I/O多路復(fù)用"

I/O多路復(fù)用

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每個線程或者進程都先到圖中”裝置“中注冊,然后阻塞喝峦,然后只有一個線程在”運輸“势誊,當注冊的線程或者進程準備好數(shù)據(jù)后,”裝置“會根據(jù)注冊的信息得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)谣蠢。從始至終kernel只會使用圖中這個黃黃的線程粟耻,無需再對額外的線程或者進程進行管理,提升了效率眉踱。

select組成結(jié)構(gòu)

select的實現(xiàn)經(jīng)歷了多個版本的修改挤忙,當前版本為:1.11
select這個語句底層實現(xiàn)實際上主要由兩部分組成:case語句執(zhí)行函數(shù)
源碼地址為:/go/src/runtime/select.go

每個case語句谈喳,單獨抽象出以下結(jié)構(gòu)體:

type scase struct {
    c           *hchan         // chan
    elem        unsafe.Pointer // 讀或者寫的緩沖區(qū)地址
    kind        uint16   //case語句的類型册烈,是default、傳值寫數(shù)據(jù)(channel <-) 還是  取值讀數(shù)據(jù)(<- channel)
    pc          uintptr // race pc (for race detector / msan)
    releasetime int64
}

結(jié)構(gòu)體可以用下圖表示:

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其中比較關(guān)鍵的是:hchan婿禽,它是channel的指針赏僧。
在一個select中,所有的case語句會構(gòu)成一個scase結(jié)構(gòu)體的數(shù)組扭倾。

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然后執(zhí)行select語句實際上就是調(diào)用func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)函數(shù)淀零。

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func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)函數(shù)參數(shù):

  • cas0 為上文提到的case語句抽象出的結(jié)構(gòu)體scase數(shù)組的第一個元素地址
  • order0為一個兩倍cas0數(shù)組長度的buffer,保存scase隨機序列pollorder和scase中channel地址序列l(wèi)ockorder膛壹。
  • nncases表示scase數(shù)組的長度

selectgo返回所選scase的索引(該索引與其各自的select {recv驾中,send唉堪,default}調(diào)用的序號位置相匹配)。此外肩民,如果選擇的scase是接收操作(recv)唠亚,則返回是否接收到值。

誰負責調(diào)用func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)函數(shù)呢持痰?

/reflect/value.go中有個func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)函數(shù)趾撵,此函數(shù)的實現(xiàn)在/runtime/select.go文件中的func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool)函數(shù)中:

func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool) { 
    //如果cases語句為空,則阻塞當前groutine
    if len(cases) == 0 {
        block()
    }
    //實例化case的結(jié)構(gòu)體
    sel := make([]scase, len(cases))
    order := make([]uint16, 2*len(cases))
    for i := range cases {
        rc := &cases[i]
        switch rc.dir {
        case selectDefault:
            sel[i] = scase{kind: caseDefault}
        case selectSend:
            sel[i] = scase{kind: caseSend, c: rc.ch, elem: rc.val}
        case selectRecv:
            sel[i] = scase{kind: caseRecv, c: rc.ch, elem: rc.val}
        }
        if raceenabled || msanenabled {
            selectsetpc(&sel[i])
        }
    }
    return selectgo(&sel[0], &order[0], len(cases))
}

那誰調(diào)用的func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)呢共啃?
/refect/value.go中占调,有一個func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)的函數(shù),其調(diào)用了rselect函數(shù)移剪,并將最終Go中select語句的返回值的返回究珊。

以上這三個函數(shù)的調(diào)用棧按順序如下:

  • func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)
  • func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)
  • func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)

這仨函數(shù)中無論是返回值還是參數(shù)都大同小異,可以簡單粗暴的認為:函數(shù)參數(shù)傳入的是case語句纵苛,返回值返回被選中的case語句剿涮。
那誰調(diào)用了func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)呢?
可以簡單的認為是系統(tǒng)了攻人。
來個簡單的圖:

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前兩個函數(shù)Selectrselect都是做了簡單的初始化參數(shù)取试,調(diào)用下一個函數(shù)的操作。select真正的核心功能怀吻,是在最后一個函數(shù)func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)中實現(xiàn)的瞬浓。

selectgo函數(shù)做了什么

打亂傳入的case結(jié)構(gòu)體順序

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鎖住其中的所有的channel


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遍歷所有的channel,查看其是否可讀或者可寫

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如果其中的channel可讀或者可寫蓬坡,則解鎖所有channel猿棉,并返回對應(yīng)的channel數(shù)據(jù)

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假如沒有channel可讀或者可寫,但是有default語句屑咳,則同上:返回default語句對應(yīng)的scase并解鎖所有的channel萨赁。

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假如既沒有channel可讀或者可寫,也沒有default語句兆龙,則將當前運行的groutine阻塞杖爽,并加入到當前所有channel的等待隊列中去。

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然后解鎖所有channel紫皇,等待被喚醒慰安。


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此時如果有個channel可讀或者可寫ready了,則喚醒坝橡,并再次加鎖所有channel泻帮,


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遍歷所有channel找到那個對應(yīng)的channel和G精置,喚醒G计寇,并將沒有成功的G從所有channel的等待隊列中移除。

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如果對應(yīng)的scase值不為空,則返回需要的值番宁,并解鎖所有channel

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如果對應(yīng)的scase為空元莫,則循環(huán)此過程。

select和channel之間的關(guān)系

在想想select和channel做了什么事兒蝶押,我覺得和多路復(fù)用是一回事兒

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參考文獻:

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