【Go】Channel底层实现 ②

news2024/11/23 22:28:36

文章目录

- channel底层实现
- - channel发送、接收数据
  - 有缓冲 channel
  - - channel 先写再读
    - channel 先读再写(when the receiver comes first)
  - 无缓冲channel
  - channel存在3种状态：

channel底层实现

// channel 类型定义
type hchan struct {
    // channel 中的元素数量, len
    qcount   uint           // total data in the queue
    
    // channel 的大小, cap
    dataqsiz uint           // size of the circular queue
    
    // channel 的缓冲区，环形数组实现 
    buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements
    
    // 单个元素(数据类型)的大小
    elemsize uint16
    
    // closed 标志位
    closed   uint32
    
    // 元素的类型
    elemtype *_type // element type 指向类型元数据 （内存复制、垃圾回收等机制依赖数据的类型信息）
    
    // send 和 recieve 的索引，用于实现环形数组队列（用于记录 交替读写的下标位置）
    sendx    uint   // send index
    recvx    uint   // receive index
    
    // recv goroutine 等待队列 想读取数据但又被阻塞住的 goroutine 队列
    recvq    waitq  // list of recv waiters
    
    // send goroutine 等待队列 想发送数据但又被阻塞住的 goroutine 队列
    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
}

// 等待队列的链表实现
type waitq struct {    
    first *sudog       
    last  *sudog       
}

// in src/runtime/runtime2.go
// 对 G 的封装
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
    selectdone *uint32 // CAS to 1 to win select race (may point to stack)
    next       *sudog
    prev       *sudog
    elem       unsafe.Pointer // data element (may point to stack)

    // The following fields are never accessed concurrently.
    // For channels, waitlink is only accessed by g.
    // For semaphores, all fields (including the ones above)
    // are only accessed when holding a semaRoot lock.

    acquiretime int64
    releasetime int64
    ticket      uint32
    parent      *sudog // semaRoot binary tree
    waitlink    *sudog // g.waiting list or semaRoot
    waittail    *sudog // semaRoot
    c           *hchan // channel
}

在这里插入图片描述

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 waitq 表示，链表中所有的元素都是 sudog 结构：

type waitq struct {
	first *sudog
	last  *sudog
}

一个通道发送和接收通道，默认是阻塞的。

如果没有缓冲区，单纯的往其中放入元素立马就会进入阻塞状态，必须有其他的线程从其中取走元素。通俗的讲要有一个线程不断的取这个管道的元素，才能往其中放入元素。它就像一个窄窄的门框，进去就得出来。

而有一个缓冲区的管道想一段地道，放入的元素不会马上进入阻塞状态，只有第二个准备进入而第一个还没有进入的情况下才会阻塞。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {

	intChan := make(chan int, 1)
	go func() {
		for {
			v, ok := <-intChan
			if !ok {
				break
			}else{
				fmt.Println(v)
			}
		}
	}()
	intChan <- 1
	close(intChan)
	time.Sleep(time.Second * 1)
}

Channel是异步进行的。

channel发送、接收数据

// G1
func main() { 
	 ... 
	for _, task := range tasks { 
		taskCh <- task
	} 
	... 
}

// G2
func worker() { 
	for { 
		task := <-taskCh
		process(task) 
		} 
}

有缓冲 channel

channel 先写再读

这一次会优先判断缓冲数据区域是否已满，如果未满，则将数据保存在缓冲数据区域，即环形队列里。

如果已满，G1 暂时被挂在了 recvq ，让G1调gopark()休眠起来, G1与M解绑。

请添加图片描述

当 G2 要读取数据时，会优先从缓冲数据区域去读取，并且在读取完后，会检查 sendq 队列，如果 goroutine 有等待队列，则会将它上面的 data 补充到缓冲数据区域，并且也对其设置 goready 函数。同时设置 G1 goready 函数，G1状态从waitting改为runnable,调度到本地队列，等待下次调度运行。

请添加图片描述