Golang底层实现系列-channel的底层实现

Golang底层实现系列-channel的底层实现

channel底层结构

hchan:

type hchan struct {
    qcount   uint           // buffer中已经存在的元素个数
    dataqsiz uint           // buffer的缓存大小（最大元素个数）
    buf      unsafe.Pointer // buffer地址
    elemsize uint16            // buffer中每个元素的大小
    closed   uint32            // channel是否已经关闭，0未关闭
    elemtype *_type // channel中的元素的类型
    sendx    uint   // buffer中已发送的索引位置
    recvx    uint   // buffer中已接受的索引位置
    recvq    waitq  // 等待接收的sudog（sudog为封装了goroutine和数据的结构）队列
    sendq    waitq  // 等待发送的sudogo队列

    lock mutex   // 一个轻量级锁
}

向channel中发送

简单流程描述：

1. 检查 recvq 是否为空，如果不为空，则从 recvq 头部取一个 goroutine，将数据发送过去，并唤醒对应的 goroutine 即可。
2. 如果 recvq 为空，则将数据放入到 buffer 中。
3. 如果 buffer 已满，则将要发送的数据和当前 goroutine 打包成 sudog 对象放入到 sendq 中。并将当前 goroutine 置为 waiting 状态。

流程图：

从channel中接收数据

简单过程描述:

1. 检查sendq是否为空，如果不为空，且没有缓冲区，则从sendq头部取一个goroutine，将数据读取出来，并唤醒对应的goroutine，结束读取过程。
2. 如果sendq不为空，且有缓冲区，则说明缓冲区已满，则从缓冲区中首部读出数据，把sendq头部的goroutine数据写入缓冲区尾部，并将goroutine唤醒，结束读取过程。
3. 如果sendq为空，缓冲区有数据，则直接从缓冲区读取数据，结束读取过程。
4. 如果sendq为空，且缓冲区没数据，则只能将当前的goroutine加入到recvq,并进入waiting状态，等待被写goroutine唤醒。

流程图（点击图片查看大图）：

recv函数内部细节：
（点击查看大图）

ring buffer实现

channel的缓冲区通过ring buffer实现，同时存在两个标记sendx和recvx分别来标识写入位置和读取位置。当发生写入是sendx会加1，当达到最大位置时，sendx会回到起始位置。
（点击图片查看大图）

上图展示的是一个缓冲区为8的channel buffer，recvx指向最早被读取的数据，sendx指向再次写入时插入的位置。

总结

1. channel使用ring buffer（环形缓冲区）来缓存写入的数据;
2. hamp通过两个list来保存等待接收和等待发送的goroutine；
3. 一个channel同一时间只可以有一个goroutine在读或者写；

参考文章

Golang channel 源码深度剖析

《Go专家编程》Go channel实现原理剖析