channel 原理

原理

channel 是 Go 中实现 goroutine 之间通信和同步 的核心机制。

底层数据结构是 hchan，主要由环形队列 + 锁 + 发送/接收队列 + 调度器组成。

type hchan struct {
  qcount   uint      	// 队列中剩余元素数量
  dataqsiz uint     		// 循环队列的长度（channel的大小）
  buf      unsafe.Pointer // 长度为dataqsiz的底层数组指针，缓存型channel特有
  elemsize uint16		// 元素大小
  closed   uint32		// 是否关闭
  elemtype *_type 		// 接收、发送的的元素类型
  sendx    uint  		// 已发送元素在循环队列中的索引位置
  recvx    uint  		// 已接收元素在循环队列中的索引位置
  recvq    waitq  		// 接收者sudog等待队列（阻塞等待接收的goroutine）
  sendq    waitq  		// 发送者sudog等待对列（阻塞等待接收的goroutine）
  
  lock mutex				// 互斥锁
}

• 环形队列: 当 chan 是有缓冲型，负责缓存数据。
• 锁：并发控制
• 发送/接收队列：保存发送/接收阻塞等待的 goroutine 。
• 调度器：由 Go runtime 调度器完成

发送数据时，如果有等待的接收 goroutine，会直接将数据交给接收者；如果没有且缓冲区未满，则写入环形队列；如果缓冲区已满，则发送 goroutine 会进入 sendq 队列并被阻塞。

接收数据时，如果缓冲区有数据则直接读取；如果没有但有等待发送者，则直接接收数据；否则接收 goroutine 会进入 recvq 队列阻塞。

这里思考一个问题，那 goroutine1 和 goroutine2 又怎么互相知道自己的数据 ”到“ 了呢？

channel结构中的recvq、sendq保存着阻塞等待的goroutine，但goroutine1向环型队列中发送数据时，就会从recvp取出goroutine并唤醒。

channel OR mutex

• 关注数据流动，考虑使用channel解决
• 数据不流动，保护数据，使用mutex

关闭channel原则

The Channel Closing Principle：不要在接收端关闭channel，也不要关闭有多个并发发送者的channel

打破The Channel Closing Principle解决方案

• panic与recover

  func SafeSend(ch chan T, value T) (closed bool){
      defer func() {
          if recover() != nil {
              // the return result can be altered 
              // in a defer function call
              closed = true
          }
      }()
        
      ch <- value // panic if ch is closed
      return false // <=> closed = false; return
  }
  

• sync.Once关闭channel
• sync.Mutex关闭channel

channel panic 场景

• 向已关闭的 channel 发送数据

• 关闭已关闭的 channel

• 关闭 nil channel

  func main() {
    var ch chan int // nil channel
    close(ch)      // panic: close of nil channel
  }
  

不会 panic 但需要注意的操作

• 从已关闭的 channel 接收（不 panic，返回零值）

  ch := make(chan int, 1)
  ch <- 42
  close(ch)
  
  v1 := <-ch // 42（buffer 中的值）
  v2 := <-ch // 0（零值，channel 已空且已关闭）
  
  // 用 ok 判断是否真的有值
  v3, ok := <-ch // v3=0, ok=false
  

• 向 nil channel 发送 / 从 nil channel 接收（永久阻塞，不 panic）

  var ch chan int
  ch <- 1   // 永远阻塞（不是 panic）
  <-ch      // 永远阻塞（不是 panic）
  

参考

• https://mp.weixin.qq.com/s/ZXYpfLNGyej0df2zXqfnHQ
• https://www.cnblogs.com/-wenli/p/12710361.html
• https://segmentfault.com/a/1190000019172554