Golang 之channel

1.channel 的特性

• goroutine-safe，多个 goroutine 可以同时访问一个 channel。
• 多goroutine共享和通信
• 先进先出FIFO
• 可以导致 goroutine 的 block 和 unblock

2.channel 的结构

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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 指向一个环形队列
    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
}

3.channel的发送和接收

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• G1是发送者（写入），G2是接收者（读取）
• G1首先获得锁向taskCh发送task,将task放入环形队列进行排队
• G2获取锁并从队列中拿到task,此处的task是内存的一个拷贝
• 拷贝是安全的，因为channel通过mutex得到保护，没有共享内容，所有的内容都是拷贝的。

3.channel实现阻塞和非阻塞

如果一直往channel中发送task,那么当channel满时，就会导致发送者（goroutine ）的执行暂停。暂停的过程如下：

• 暂停发生在调度时
• Goroutines 是用户态的线程（协程），是由runtime管理其生命周期，包括创建和管理。而不是操作系统，与操作系统层面对线程的调度开销相比，Goroutines 是属于上层调度更为轻量级
• Go的调度器是M:N的调度模型，可以通过三层结构来描述。其中M代表OS的线程，N代表goroutine ，P代表调度的上下文

一个线程持有一个P，P持有执行队列

goroutine 阻塞，但是对应的OS的Thread不会阻塞，同时一个Thread管理的一组goroutine 不会引起线程的上下文切换

如何恢复G1的运行，但是其他的goroutine 一旦开始接收channel中的数据时（channel就不满了），此时需要恢复channel的发送者goroutine

4.goroutine 的暂停

pause.png

goroutine的暂停（例如上述的阻塞），chan会通知调度器来暂存goroutine，并将其状态从运行态修改成等待状态，同时从p中调度新的goroutine。

• 这一点是很有优势的，一方面我们没有销毁线程，而是通过上下文切换来调度新的goroutine，注意此处的上下文不是线程的，而是goroutine级别的。这个代价会很小。
• 一旦channel 不在满的时候，暂停的goroutine将会被恢复。

5.goroutine 的恢复

resume.png

• 等待状态的goroutine 的机构中有一个指针指向等待的元素
• 发送者(G1)在调用调度器之前，会给自己创建一个sudoG，用于在将来被恢复或者唤醒。
• 当channel 不再满的时候，接收者（G2)会弹出sudoG,此时G1的状态将变为可执行状态，并由调度器再次调度（但不是立马）

6.直接发送

direct.png

当G1需要被恢复时，从理论上说，需要获取chan的锁，但是runtime此处有个优雅的设计，使其代价更小。runtime直接把G1复制到接收队列G2的栈中，不需要获取chan的锁。也不需要从chan中进行内存的拷贝。