go Channel 原理 (一)

Channel

设计原理

不要通过共享内存的方式进行通信，而是应该通过通信的方式共享内存。

在主流编程语言中，多个线程传递数据的方式一般都是共享内存。
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Go 可以使用共享内存加互斥锁进行通信，同时也提供了一种不同的并发模型，即通信顺序进程（Communicating sequential processes，CSP）。Goroutine 和 Channel 分别对应 CSP 中的实体和传递信息的媒介，Goroutine 之间会通过 Channel 传递数据。
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上图中的两个 Goroutine，一个会向 Channel 中发送数据，另一个会从 Channel 中接收数据，它们两者能够独立运行并不存在直接关联，但是能通过 Channel 间接完成通信。

数据结构

type hchan struct {// 循环队列// 元素数量 qcount   uint           // total data in the queue// 队列的长度dataqsiz uint           // size of the circular queue// 缓冲区大小 有缓冲的 channel 才有buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements// 已发送和接收元素在队列中的索引sendx    uint   // send indexrecvx    uint   // receive index// 元素类型和大小elemsize uint16elemtype *_type // element type// channel 是否已关闭closed   uint32// 等待接受和发送的 goroutine 队列recvq    waitq  // list of recv waiterssendq    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
}

sendq 和 recvq 存储了当前 Channel 由于缓冲区空间不足而阻塞的 Goroutine 列表，这些等待队列使用双向链表 runtime.waitq 表示，链表中所有的元素都是 runtime.sudog 结构，runtime.sudog 表示一个在等待列表中的 Goroutine。

type waitq struct {first *sudoglast  *sudog
}

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创建 channel

通道有两个方向，发送和接收。
一般而言，使用 make 创建一个能收能发的通道：

// 无缓冲通道
ch1 := make(chan int)
// 有缓冲通道
ch2 := make(chan int, 10)

创建 chan 的函数是 makechan：

func makechan(t *chantype, size int64) *hchan

创建的 chan 是一个指针，所以我们能在函数间直接传递 channel，而不用传递 channel 的指针。

const hchanSize = unsafe.Sizeof(hchan{}) + uintptr(-int(unsafe.Sizeof(hchan{}))&(maxAlign-1))func makechan(t *chantype, size int64) *hchan {elem := t.elem// 省略了检查 channel size，align 的代码// ……var c *hchan// 如果元素类型不含指针 或者 size 大小为 0（无缓冲类型）// 只进行一次内存分配if elem.kind&kindNoPointers != 0 || size == 0 {// 如果 hchan 结构体中不含指针，GC 就不会扫描 chan 中的元素// 只分配 "hchan 结构体大小 + 元素大小*个数" 的内存c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize+uintptr(size)*elem.size, nil, true))// 如果是缓冲型 channel 且元素大小不等于 0（大小等于 0的元素类型：struct{}）if size > 0 && elem.size != 0 {c.buf = add(unsafe.Pointer(c), hchanSize)} else {// race detector uses this location for synchronization// Also prevents us from pointing beyond the allocation (see issue 9401).// 1. 非缓冲型的，buf 没用，直接指向 chan 起始地址处// 2. 缓冲型的，能进入到这里，说明元素无指针且元素类型为 struct{}，也无影响// 因为只会用到接收和发送游标，不会真正拷贝东西到 c.buf 处（这会覆盖 chan的内容）c.buf = unsafe.Pointer(c)}} else {// 进行两次内存分配操作c = new(hchan)c.buf = newarray(elem, int(size))}// 更新字段c.elemsize = uint16(elem.size)c.elemtype = elemc.dataqsiz = uint(size)return c
}