Channel源码解析

2021-05-31 279 words 2 minutes

Contents

什么是channel

channel(管道)，go的一种特殊的数据类型，像是通道（队列），先进先出，可以通过它们发送类型化的数据在协程之间通信，可以避开所有内存共享导致的坑；通道的通信方式保证了同步性。

channel 数据结构

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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
}

qcount: 当前队列/channel中剩余元素个数
dataqsiz: 环形队列长度，即可以存放的元素个数
buf: 环形队列指针
elemsize: 每个元素的大小
closed: 标识关闭状态
elemtype: chan中元素类型
sendx: 队列下标，指示元素写入时存放到队列中的位置
recvx: 队列下标，指示元素从队列的该位置读出
recvq: 等待读消息的goroutine队列
sendq: 等待写消息的goroutine队列
lock: 互斥锁(标准库sync/mutex)

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。

runtime/chan.go

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//双向链表
type waitq struct {
	first *sudog    
	last  *sudog
}

runtime/runtime2.go

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type sudog struct {
	// The following fields are protected by the hchan.lock of the
	// channel this sudog is blocking on. shrinkstack depends on
	// this for sudogs involved in channel ops.

	g *g    //goroutine
    ...
}

从上面的信息可以看出channel是由队列，类型信息、goroutine等待队列组成。

环形队列:

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)；

channel相关操作

写操作

如果等待接收队列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；

读操作

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；

关闭

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close(chan)

关闭channel时会把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。除此之外，panic出现的常见场景还有：

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

优雅关闭

不要从接收端关闭通道，如果通道有多个并发发送方，也不要关闭通道。

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//TODO:示例代码后续补充

注意事项

发生 panic 的情况有三种：向一个关闭的 channel 进行写操作；关闭一个 nil 的 channel；重复关闭一个 channel。
读、写一个 nil channel 都会被阻塞
channel的泄漏：groutine操作channel后，一直处于发送或接收阻塞状态，而 channel 处于满或空的状态，一直得不到改变。同时，垃圾回收器也不会回收此类资源，进而导致 gouroutine 会一直处于等待队列中

reference

《go专家编程》

https://mp.weixin.qq.com/s/ZXYpfLNGyej0df2zXqfnHQ