【golang】channel原理和机制
本文结合源码及channel使用场景对其原理进行解析
一、channel数据结构：
type hchan struct {qcount uint // total data in the queuedataqsiz uint // size of the circular queuebuf unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elementselemsize uint16closed uint32elemtype *_type // element typesendx uint // send indexrecvx uint // receive indexrecvq waitq // list of recv waiterssendq waitq // list of send waiterslock mutex
}
核心结构
1.环形数组，承载channel的缓冲功能。环形数组本质上是由 定长数组 + 头尾下标组成，之所以叫做环形数组，在于尾部指针触尾后可以移动到头部，剩余空间可以得到充分利用，同时数组具有天然的局部性原理
2.锁，channel支持并发操作，必然要对其buffer做线程安全的设计
3.读队列和写队列，两个等待队列，如果有操作该channel的协程因锁被占用而阻塞，将陷入阻塞的协程使用等待队列管理，便于后续唤醒。插个眼，这个特性将作为后续的使用场景解析的前置条件
二、有缓冲和无缓冲channel
有无缓冲是根据hchan对象的buf是否为空决定，若为无缓冲型，则仅申请一个大小为默认值 96 的空间
1.无缓冲
- 发送操作会阻塞至另一个协程接受数据为止
- 强同步，类似于信号量的功能
2.有缓冲
- 发送操作只会在缓冲区满时阻塞
- 弱同步，异步通信
三、初始化、未初始化channel
1.直接创建channel，未初始化，对应chan为nil
2.通过make创建会自动初始化
使用场景：
- 阻塞模式下（非select），读/写一个未初始化的chan，会死锁，该协程不会被唤醒；非阻塞模式下返回error
- 对于已经关闭的chan，写操作会painc
- 对于已经关闭的chan，如果缓冲区有空间，正常读取并返回数据和true，如果缓冲区为空，返回零值（0或“”）和fasle
四、写操作场景（需加锁）
1.写操作时存在阻塞的读协程
读阻塞意味着写入前缓冲区为空，此时写协程会直接从阻塞队列里取出一个协程，直接memmove数据到对方，并唤醒该协程
2.写时无阻塞读协程且环形缓冲区无空间
此时会单纯因为缓冲区满而阻塞该写协程，将其加入到写阻塞队列中，主动park阻塞。直到有读协程因缓冲区空而去唤醒该阻塞的写协程
五、读操作场景（需加锁）
1.读时有阻塞的写协程
说明缓冲区满，写操作阻塞
如果channel无缓冲区，直接唤醒该写协程，读取其元素，也就是强同步的逻辑
如果channel有缓冲区，先读缓冲区，然后再唤醒一个写阻塞的协程（因为读后缓冲区有空间了）
2.读时无阻塞写协程且缓冲区无元素
也就是目前无法读到数据的情况，将该协程加入读阻塞队列，主动park陷入阻塞
六、阻塞与非阻塞模式
结论：除select外，默认channel 为阻塞模式
1.非阻塞模式逻辑区别
在select非阻塞模式下，读/写 channel 方法通过一个 bool 型的响应参数，用以标识是否读取/写入成功，实际并不阻塞，而是cas轮询
• 所有需要使得当前 goroutine 被挂起的操作，在非阻塞模式下都会返回 false；
• 所有是的当前 goroutine 会进入死锁的操作，在非阻塞模式下都会返回 false；
• 所有能立即完成读取/写入操作的条件下，非阻塞模式下会返回 true.
为什么select需要非阻塞？
select的初衷就是多路复用，同时监听多个事件，如果某一个分支因为：
1.读/写一个未初始化的chan，会死锁
2.读/写操作阻塞，导致整个select协程阻塞
所以非阻塞模式下，若某一个case未就绪，会直接返回并持续轮询
七、关闭channel
- 关闭未初始化过的 channel 会 panic；
- 重复关闭 channel 会 panic；
- 唤醒 该channel的阻塞队列里的所有协程