关于Golang channel的实现

下面由golang教程栏目给大家介绍关于Golang channel的实现，希望对需要的朋友有所帮助！

一.简介

       channel是Go语言在语言级别提供的goroutine间的通信方式，可以使用channel在两个或多个goroutine之间传递消息。channel是进程内通信方式，因此通过channel传递对象的过程和调用函数时的参数传递行为比较一致，比如也可以传递指针。如果需要跨进程通信，建议使用分布式系统来解决，比如使用Socket或者HTTP等通信协议。

       channel是类型相关的，也就是说，一个chennel只能传递一种类型的值，这个类型需要在声明channel时指定。注意，在GO语言中channel本身也是一个原生类型，与map之类的类型地位一样，因此channel本身在定义后也可以通过channel传递。

二.底层实现

2.1 hchan结构

type hchan struct {
   qcount   uint           // 队列中当前数据的个数
   dataqsiz uint           // size of the circular queue
   buf      unsafe.Pointer // 数据缓冲区，存放数据的环形数组
   elemsize uint16 // channel中数据类型的大小(单个元素的大小)
   closed   uint32 // 表示channel是否关闭标识位
   elemtype *_type // 队列中的元素类型
   sendx    uint   // 当前发送元素的索引
   recvx    uint   // 当前接收元素的索引
   recvq    waitq  // 接受等待队列，由recv行为(也就是<-ch)阻塞在channel上的goroutine队列
   sendq    waitq  // 发送等待队列, 由send行为(也就是ch<-)阻塞在channel上的goroutine队列
   //lock保护chann中的所有字段，以及在此通道上阻塞的sudoG中的几个字段。
   //保持此锁时不要更改另一个G状态(特别是没准备好G)，因为这可能会因堆栈收缩而死锁
   lock mutex
}

//发送及接收队列的·1结构体
type waitq struct {
    first *sudog
    last  *sudog
}

• qcount uint // 当前队列中剩余元素个数。
• dataqsiz uint // 环形队列长度，即缓冲区的大小，即make（chan T，N），N。
• buf unsafe.Pointer // 环形队列指针。
• elemsize uint16 // 每个元素的大小。
• closed uint32 // 表示当前通道是否处于关闭状态。创建通道后，该字段设置为0，即通道打开; 通过调用close将其设置为1，通道关闭。
• elemtype *_type // 元素类型，用于数据传递过程中的赋值。
• sendx uint 和 recvx uint是环形缓冲区的状态字段，它指示缓冲区的当前索引 - 支持数组，它可以从中发送数据和接收数据。
• recvq waitq // 等待读消息的goroutine队列。
• sendq waitq // 等待写消息的goroutine队列。
• lock mutex // 互斥锁，为每个读写操作锁定通道，因为发送和接收必须是互斥操作。

 

2.2 创建过程

2.2.1 写入操作

1.创建带buffer的channel

2.向channel中写入数据

 

3.3 写入过程如下：

• 锁定整个管道结构。
• 确定写入，尝试从等会带队列等待goroutine，然后将元素直接写入goroutine。
• 如果recvq为空，则确定缓冲区是否可用。如果可用，从当前goroutine复制数据到缓冲区。
• 如果缓冲区已满，则要写入的元素将保存在当前正在执行的goroutine结构中，并且当前goroutine将在sendq中排队并从运行中挂起。
• 写入完成释放锁。

2.2.2 读取过程

• 先读取channel全局锁。
• 尝试sendq从等待队列中获取等待的goroutine。
• 如果有等待的goroutine，且有缓冲区（缓冲区已满），从缓冲区队首取出数据，再从sendq取出一个goroutine。将goroutine中数据存入buf对位，结束读取释放锁。
• 如没有后等待的goroutine，且缓冲区有数据，直接读取缓冲区数据，解释读取释放锁。
• 如果没有等待的goroutine，且没有缓冲或缓冲区域为空，将当前的goroutine加入denq排队，进入睡眠，等待被写goroutine唤醒。结束释放锁。

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