go语言中的通道 golang通道底层

chan

• chan

• 数据结构

• 环形队列
• 等待队列
• 类型信息
• 锁

• channel读写

• 创建channel

• 创建伪代码

• 向channel写数据

• 图示

• 从channel读数据

• 图示

• 关闭channel

• 常见用法

• 单向channel

• 实例

• select

• 实例
• 结论

• range

• 实例

chan

• channel是Golang在语言层面提供的goroutine间的通信方式

• 主要用于进程内各goroutine间通信
• 跨进程通信，建议使用分布式系统的方法来解决

数据结构

环形队列

• 作为缓冲区
• 长度是创建chan时指定的

下图展示了一个可缓存6个元素的channel示意图：

• dataqsiz指示了队列长度为6，即可缓存6个元素
• buf指向队列的内存，队列中还剩余两个元素
• qcount表示队列中还有两个元素
• sendx指示后续写入的数据存储的位置，取值[0, 6)
• recvx指示从该位置读取数据, 取值[0, 6)

等待队列

当前goroutine被阻塞的两种情况

• 从channel读数据

• 缓冲区为空
• 没有缓冲区

• 向channel写数据

• 缓冲区已满
• 没有缓冲区

被阻塞的goroutine将会挂在channel的等待队列中：

• 因读阻塞的goroutine会被向channel写入数据的goroutine唤醒；
• 因写阻塞的goroutine会被从channel读数据的goroutine唤醒；

下图展示了一个没有缓冲区的channel，有几个goroutine阻塞等待读数据：

注意：

• 一般情况下recvq和sendq至少有一个为空
• 只有一个例外：

• 同一个goroutine使用select语句向 channel一边写数据，一边读数据。

类型信息

一个channel只能传递一种类型的值

类型信息存储在hchan数据结构中

• elemtype代表类型，用于数据传递过程中的赋值
• elemsize代表类型大小，用于在buf中定位元素位置

锁

一个channel同时仅允许被一个goroutine读写

channel读写

创建channel

创建channel的过程实际上是初始化hchan结构

• 类型信息和缓冲区长度由make语句传入
• buf的大小则与元素大小和缓冲区长度共同决定

创建伪代码

func makechan(t *chantype size int) *hchan {
    var c *hchan
    c = new(hchan)
    c.buf = malloc(元素类型大小 * size)
    c.elemsize = 元素类型大小
    c.elemtype = 元素类型
    c.dataqsiz = size
    
    return c
}

向channel写数据

分三种情况

• 等待接收队列recvq不为空：说明缓冲区中没有数据或者没有缓冲区，此时直接从recvq取出G,并把数据 写入，最后把该G唤醒，结束发送过程；
• 如果缓冲区中有空余位置，将数据写入缓冲区，结束发送过程；
• 如果缓冲区中没有空余位置，将待发送数据写入G，将当前G加入sendq，进入睡眠，等待被读goroutine唤醒；

图示

从channel读数据

• 如果等待发送队列sendq不为空，且没有缓冲区，直接从sendq中取出G，把G中数据读出，最后把G唤醒，结束 读取过程；
• 如果等待发送队列sendq不为空，此时说明缓冲区已满，从缓冲区中首部读出数据，把G中数据写入缓冲区尾部，把G唤醒，结束读取过程；
• 如果缓冲区中有数据，则从缓冲区取出数据，结束读取过程；
• 将当前goroutine加入recvq，进入睡眠，等待被写goroutine唤醒；

图示

关闭channel

• 会把recvq中的G全部唤醒，本该写入G的数据位置为nil
• 把sendq中的G全部唤醒，但这些G会 panic

panic出现的常见场景还有：

• 关闭已经被关闭的channel
• 向已经关闭的channel写数据
• 关闭值为nil的channel

常见用法

单向channel

• 单向channel只能用于发送或接收数据

• 实际上也没有单向channel

• channel可以通过参数传递
• 单向channel只是对channel的一种使用限制

• func readChan(chanName <-chan int)

• 通过形参限定函数内部只能从channel中读取数据

• func writeChan(chanName chan<- int)

• 通过形参限定函数内部只能向channel中写入数据

实例

package main

import "fmt"

func readChan(chanName <-chan int) {
	a := <- chanName
	fmt.Println(a)

}

func writeChan(chanName chan<- int) {
	chanName <- -1
}

func main() {
	var mychan = make(chan int, 10)
	writeChan(mychan)
	readChan(mychan)
}

select

• select可以监控多channel

• 比如监控多个channel，当其中某一个channel有数据时，就从其读出数据

实例

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func addNumberToChan(chanNam chan int){
	for {
		chanNam <- -1
	}
}

func main() {
	var chan1 = make(chan int, 10)
	var chan2 = make(chan int, 10)
	go addNumberToChan(chan1)
	go addNumberToChan(chan2)
	
	for {
		select {
		case e := <- chan1:
			fmt.Printf("Get element from chan1:%d\n", e)
		case e := <- chan2:
			fmt.Printf("Get element from chan2: %d\n", e)
		default:
			fmt.Printf("No element in chan1 and chan2.\n")
			time.Sleep(1 * time.Second)
		}
	}
}

程序中创建两个channel： chan1和chan2。函数addNumberToChan()函数会向两个channel中周期性写入数 据。通过select可以监控两个channel，任意一个可读时就从其中读出数据。

结论

• select的case语句读channel不会阻塞，尽管channel中没有数据

• 这是由于case语句编 译后调用读channel时会明确传入不阻塞的参数
• 读不到数据时不会将当前goroutine加入到等待队列，而是直接返回

range

• range可以持续从channel中读出数据，好像在遍历一个数组一样

• channel中没有数据时会阻塞当前goroutine
• 与读channel时阻塞处理机制一样

实例

package main

import "fmt"

func chanRange(chanName chan int) {
	for e := range chanName {
		fmt.Printf("Get element from chan: %d\n", e)
	}
}

func main() {
	var chan1 = make(chan int, 10)
	chanRange(chan1)
}

注意：

如果向此channel写数据的goroutine退出时

系统检测到这种情况后会panic

否则range将会永久阻塞

上面这篇博客是我在看《go专家编程》这本书时，做的笔记。
我发现通过markdown格式调整后，更容易串联书中体系知识。
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