概述
数据结构
channel的数据结构在$GOROOT/src/runtime/chan.go
文件下:
type hchan struct { qcount uint // 当前队列中剩余元素个数 dataqsiz uint // 环形队列长度,即可以存放的元素个数 buf unsafe.Pointer // 环形队列指针 elemsize uint16 // 每个元素的大小 closed uint32 // 标记是否关闭 elemtype *_type // 元素类型 sendx uint // 队列下标,指向元素写入时存放到队列中的位置 recvx uint // 队列下标,指向元素从队列中读出的位置 recvq waitq // 等待读消息的groutine队列 sendq waitq // 等待写消息的groutine队列 lock mutex // 互斥锁 }
chan内部实现了一个环形队列作为缓冲区,队列的长度在创建chan时指定:
等待队列(recvq/sendq)使用双向链表 runtime.waitq 表示,链表中所有的元素都是 runtime.sudog
结构:
type waitq struct { first *sudog last *sudog } type sudog struct { g *g next *sudog prev *sudog elem unsafe.Pointer // data element (may point to stack) acquiretime int64 releasetime int64 ticket uint32 isSelect bool parent *sudog // semaRoot binary tree waitlink *sudog // g.waiting list or semaRoot waittail *sudog // semaRoot c *hchan // channel }
创建channel
通常使用make(channel string, 0)
的方式创建无缓存的channel,使用make(channel string, 10)
创建有缓存的channel。
源码:
func makechan(t *chantype, size int) *hchan { elem := t.elem // compiler checks this but be safe. if elem.size >= 1<<16 { throw("makechan: invalid channel element type") } if hchanSize%maxAlign != 0 || elem.align > maxAlign { throw("makechan: bad alignment") } mem, overflow := math.MulUintptr(elem.size, uintptr(size)) if overflow || mem > maxAlloc-hchanSize || size < 0 { panic(plainError("makechan: size out of range")) } var c *hchan switch { case mem == 0: // 如果当前 Channel 中不存在缓冲区,那么就只会为 runtime.hchan 分配一段内存空间; c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize, nil, true)) c.buf = c.raceaddr() case elem.ptrdata == 0: // 如果当前 Channel 中存储的类型不是指针类型,会为当前的 Channel 和底层的数组分配一块连续的内存空间; c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize+mem, nil, true)) c.buf = add(unsafe.Pointer(c), hchanSize) default: //单独为 runtime.hchan 和缓冲区分配内存; c = new(hchan) c.buf = mallocgc(mem, elem, true) } c.elemsize = uint16(elem.size) c.elemtype = elem c.dataqsiz = uint(size) lockInit(&c.lock, lockRankHchan) // 在函数的最后会统一更新elemsize、elemtype 和 dataqsiz 几个字段; if debugChan { print("makechan: chan=", c, "; elemsize=", elem.size, "; dataqsiz=", size, "n") } return c }
channel读写
写
- 当有新数据来时,首先判断recvq中是否有groutine存在,如果recvq不为空,则说明缓冲区为空,或者没有缓冲区,因为如果缓冲区有数据会被recvq里面的groutine消费。此时从recvq中拿出一个groutine并绑定数据,唤醒该groutine执行任务,这个过程跳过了将数据写入缓冲区的过程。
- 如果缓冲区有数据并有空余位置,将数据放入缓冲区。
- 如果缓冲区有数据但没有空余位置,当前groutine绑定数据并放入sendx,进入睡眠,等待被唤醒。
源码:
func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool { ..... lock(&c.lock) if c.closed != 0 { unlock(&c.lock) panic(plainError("send on closed channel")) } // 如果Channel 没有被关闭并且已经有处于读等待的 Goroutine, // 那么从接收队列 recvq 中取出最先陷入等待的 Goroutine 并直接向它发送数据 if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil { send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3) return true } // 如果recvq为空且缓冲区中还有剩余空间 if c.qcount < c.dataqsiz { // 计算出下一个可以存储数据的位置, qp := chanbuf(c, c.sendx) // raceenabled: 是否启用数据竞争检测,在编译时指定,默认为false if raceenabled { // 发出数据竞争警告 raceacquire(qp) racerelease(qp) } // 将发送的数据拷贝到缓冲区中,产生内存拷贝 typedmemmove(c.elemtype, qp, ep) // 增加 sendx 索引 c.sendx++ if c.sendx == c.dataqsiz { c.sendx = 0 } // 增加计数器 c.qcount++ unlock(&c.lock) return true } if !block { unlock(&c.lock) return false } // 将channel数据绑定到当前groutine并使groutine休眠 // 获取发送数据使用的 Goroutine gp := getg() // 获取 runtime.sudog 结构并设置这一次阻塞发送的相关信息, // 例如发送的 Channel、是否在 select 中和待发送数据的内存地址等 mysg := acquireSudog() mysg.releasetime = 0 if t0 != 0 { mysg.releasetime = -1 } // 将刚刚创建并初始化的 mysg 加入发送等待队列,并设置到当前 Goroutine的waiting上, // 表示 Goroutine 正在等待该sudog准备就绪 mysg.elem = ep mysg.waitlink = nil mysg.g = gp mysg.isSelect = false mysg.c = c gp.waiting = mysg gp.param = nil c.sendq.enqueue(mysg) // 休眠groutine gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 2) // 保证传入的数据不被GC KeepAlive(ep) // someone woke us up. if mysg != gp.waiting { throw("G waiting list is corrupted") } gp.waiting = nil gp.activeStackChans = false if gp.param == nil { if c.closed == 0 { throw("chansend: spurious wakeup") } panic(plainError("send on closed channel")) } gp.param = nil if mysg.releasetime > 0 { blockevent(mysg.releasetime-t0, 2) } mysg.c = nil releaseSudog(mysg) return true }
读
- 如果sendx不为空且缓冲区不为空,从缓冲区头部读出数据并在当前G执行任务,在sendx中拿出一个G,将其数据写入缓冲区尾部并唤醒该G。
- 如果sendx不为空且缓冲区为空,直接从sendx中拿出一个G,将G中数据取出并唤醒该G。
- 如果sendx为空且缓冲区不为空,则从缓冲区头部拿出一个数据。
- 如果sendx为空且缓冲区为空,将该G放入recvq,进入休眠,等待被唤醒。
源码:
func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) { // block:这次接收是否阻塞 if debugChan { print("chanrecv: chan=", c, "n") } if c == nil { if !block { return } // 从一个空 Channel 接收数据时会直接让出处理器的使用权 gopark(nil, nil, waitReasonChanReceiveNilChan, traceEvGoStop, 2) throw("unreachable") } // Fast path: check for failed non-blocking operation without acquiring the lock. if !block && empty(c) { // 如果channel为空并且未关闭,直接返回 if atomic.Load(&c.closed) == 0 { return } if empty(c) { // The channel is irreversibly closed and empty. if raceenabled { raceacquire(c.raceaddr()) } if ep != nil { // 手动标记清楚对象 typedmemclr(c.elemtype, ep) } return true, false } } var t0 int64 if blockprofilerate > 0 { t0 = cputicks() } lock(&c.lock) //如果channel为空,并且已关闭,说明对象不可达 if c.closed != 0 && c.qcount == 0 { if raceenabled { raceacquire(c.raceaddr()) } unlock(&c.lock) if ep != nil { // 手动标记清除 typedmemclr(c.elemtype, ep) } return true, false } // 如果sendq不为空,直接消费,避免sendq --> queue --> recvx的过程 if sg := c.sendq.dequeue(); sg != nil { recv(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3) return true, true } // 当 Channel 的缓冲区中已经包含数据时,从 Channel 中接收数据会直接从缓冲区中 // recvx 的索引位置中取出数据进行处理 if c.qcount > 0 { // Receive directly from queue qp := chanbuf(c, c.recvx) if raceenabled { raceacquire(qp) racerelease(qp) } // 如果接收数据的内存地址不为空,那么会使用 runtime.typedmemmove将缓冲区中的数据拷贝到内存中 if ep != nil { typedmemmove(c.elemtype, ep, qp) } // 使用 runtime.typedmemclr清除队列中的数据并完成收尾工作 typedmemclr(c.elemtype, qp) c.recvx++ // recvx位置归零 if c.recvx == c.dataqsiz { c.recvx = 0 } c.qcount-- // 计数减一 unlock(&c.lock) return true, true } if !block { unlock(&c.lock) return false, false } // 当 sendq不为空 并且缓冲区中也不存在任何数据时,阻塞并休眠当前groutine gp := getg() mysg := acquireSudog() mysg.releasetime = 0 if t0 != 0 { mysg.releasetime = -1 } // No stack splits between assigning elem and enqueuing mysg // on gp.waiting where copystack can find it. mysg.elem = ep mysg.waitlink = nil gp.waiting = mysg mysg.g = gp mysg.isSelect = false mysg.c = c gp.param = nil c.recvq.enqueue(mysg) gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanReceive, traceEvGoBlockRecv, 2) // someone woke us up if mysg != gp.waiting { throw("G waiting list is corrupted") } gp.waiting = nil gp.activeStackChans = false if mysg.releasetime > 0 { blockevent(mysg.releasetime-t0, 2) } closed := gp.param == nil gp.param = nil mysg.c = nil releaseSudog(mysg) return true, !closed }
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最后
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