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深入理解golang chan的使用

 更新時(shí)間:2022年06月02日 09:30:54   作者:煙草的香味  
本文主要介紹了golang chan的使用,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

前言

之前在看golang多線(xiàn)程通信的時(shí)候, 看到了go 的管道. 當(dāng)時(shí)就覺(jué)得這玩意很神奇, 因?yàn)橹敖佑|過(guò)的不管是php, java, Python, js, c等等, 都沒(méi)有這玩意, 第一次見(jiàn)面, 難免勾起我的好奇心. 所以就想著看一看它具體是什么東西. 很明顯, 管道是go實(shí)現(xiàn)在語(yǔ)言層面的功能, 所以我以為需要去翻他的源碼了. 雖然最終沒(méi)有翻到C的層次, 不過(guò)還是受益匪淺.

見(jiàn)真身

結(jié)構(gòu)體

要想知道他是什么東西, 沒(méi)什么比直接看他的定義更加直接的了. 但是其定義在哪里么? 去哪里找呢? 還記得我們是如何創(chuàng)建chan的么? make方法. 但是當(dāng)我找過(guò)去的時(shí)候, 發(fā)現(xiàn)make方法只是一個(gè)函數(shù)的聲明.

這, 還是沒(méi)有函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)啊. 匯編看一下. 編寫(xiě)以下內(nèi)容:

package main

func main() {
	_ = make(chan int)
}

執(zhí)行命令:

go tool compile -N -l -S main.go

雖然匯編咱看不懂, 但是其中有一行還是引起了我的注意.

make調(diào)用了runtime.makechan. 漂亮, 就找他.

找到他了, 是hchan指針對(duì)象. 整理了一下對(duì)象的字段(不過(guò)人家自己也有注釋的):

// 其內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)循環(huán)隊(duì)列(數(shù)組), 用于管理發(fā)送與接收的緩存數(shù)據(jù). 
type hchan struct {
  // 隊(duì)列中元素個(gè)數(shù)
	qcount   uint
  // 隊(duì)列的大小(數(shù)組長(zhǎng)度)
	dataqsiz uint
  // 指向底層的緩存隊(duì)列, 是一個(gè)可以指向任意類(lèi)型的指針. 
	buf      unsafe.Pointer
  // 管道每個(gè)元素的大小
	elemsize uint16
  // 是否被關(guān)閉了
	closed   uint32
  // 管道的元素類(lèi)型
	elemtype *_type
  // 當(dāng)前可以發(fā)送的元素索引(隊(duì)尾)
	sendx    uint  
  // 當(dāng)前可以接收的元素索引(隊(duì)首)
	recvx    uint  
  // 當(dāng)前等待接收數(shù)據(jù)的 goroutine 隊(duì)列
	recvq    waitq
  // 當(dāng)前等待發(fā)送數(shù)據(jù)的 goroutine 隊(duì)列
	sendq    waitq 
	// 鎖, 用來(lái)保證管道的每個(gè)操作都是原子性的. 
	lock mutex
}

可以看的出來(lái), 管道簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)隊(duì)列加一把鎖.

發(fā)送數(shù)據(jù)

依舊使用剛才的方法分析, 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用了runtime.chansend1 函數(shù). 其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易懂:

然后查看真正實(shí)現(xiàn), 函數(shù)步驟如下(個(gè)人理解, 有一些 test 使用的代碼被我刪掉了. ):

func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {
  // 異常處理, 若管道指針為空
	if c == nil {
		if !block {
			return false
		}
		gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2)
		throw("unreachable")
	}
	// 常量判斷, 恒為 false, 應(yīng)該是開(kāi)發(fā)時(shí)調(diào)試用的. 
	if debugChan {
		print("chansend: chan=", c, "\n")
	}
	// 常量, 恒為 false, 沒(méi)看懂這個(gè)判斷
	if raceenabled {
		racereadpc(c.raceaddr(), callerpc, funcPC(chansend))
	}
  // 若當(dāng)前操作不阻塞, 且管道還沒(méi)有關(guān)閉時(shí)判斷
  // 當(dāng)前隊(duì)列容量為0且沒(méi)有等待接收數(shù)據(jù)的 或 當(dāng)前隊(duì)列容量不為0且隊(duì)列已滿(mǎn)
  // 那么問(wèn)題來(lái)了, 什么時(shí)候不加鎖呢? select 的時(shí)候. 可以在不阻塞的時(shí)候快速返回
	if !block && c.closed == 0 && ((c.dataqsiz == 0 && c.recvq.first == nil) ||
		(c.dataqsiz > 0 && c.qcount == c.dataqsiz)) {
		return false
	}
	// 上鎖, 保證操作的原子性
	lock(&c.lock)
	// 若管道已經(jīng)關(guān)閉, 報(bào)錯(cuò)
	if c.closed != 0 {
		unlock(&c.lock)
		panic(plainError("send on closed channel"))
	}
	// 從接受者隊(duì)列獲取一個(gè)接受者, 若存在, 數(shù)據(jù)直接發(fā)送, 不走緩存, 提高效率
	if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil {
		send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3)
		return true
	}
	// 若緩存為滿(mǎn), 則將數(shù)據(jù)放到緩存中排隊(duì)
	if c.qcount < c.dataqsiz {
    // 取出對(duì)尾的地址
		qp := chanbuf(c, c.sendx)
    // 將ep 的內(nèi)容拷貝到 ap 地址
		typedmemmove(c.elemtype, qp, ep)
    // 更新隊(duì)尾索引
		c.sendx++
		if c.sendx == c.dataqsiz {
			c.sendx = 0
		}
		c.qcount++
		unlock(&c.lock)
		return true
	}
	// 若當(dāng)前不阻塞, 直接返回
	if !block {
		unlock(&c.lock)
		return false
	}
	// 當(dāng)走到這里, 說(shuō)明數(shù)據(jù)沒(méi)有成功發(fā)送, 且需要阻塞等待. 
  // 以下代碼沒(méi)看懂, 不過(guò)可以肯定的是, 其操作為阻塞當(dāng)前協(xié)程, 等待發(fā)送數(shù)據(jù)
	gp := getg()
	mysg := acquireSudog()
	mysg.releasetime = 0
	if t0 != 0 {
		mysg.releasetime = -1
	}
	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)
	gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 2)
	KeepAlive(ep)
	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
}

雖然最終阻塞的地方?jīng)]看太明白, 不過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)的大體流程很清楚:

  • 若無(wú)需阻塞且不能發(fā)送數(shù)據(jù), 返回失敗
  • 若存在接收者, 直接發(fā)送數(shù)據(jù)
  • 若存在緩存, 將數(shù)據(jù)放到緩存中
  • 若無(wú)需阻塞, 返回失敗
  • 阻塞等待發(fā)送數(shù)據(jù)

其中不加鎖的操作, 在看到selectnbsend函數(shù)的注釋時(shí)如下:

// compiler implements
//
//	select {
//	case c <- v:
//		... foo
//	default:
//		... bar
//	}
//
// as
//
//	if selectnbsend(c, v) {
//		... foo
//	} else {
//		... bar
//	}
//
func selectnbsend(c *hchan, elem unsafe.Pointer) (selected bool) {
	return chansend(c, elem, false, getcallerpc())
}

看這意思, select關(guān)鍵字有點(diǎn)類(lèi)似于語(yǔ)法糖, 其內(nèi)部會(huì)轉(zhuǎn)換成調(diào)用selectnbsend函數(shù)的簡(jiǎn)單if判斷.

接收數(shù)據(jù)

至于接收數(shù)據(jù)的方法, 其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)與發(fā)送大同小異. runtime.chanrecv 方法.

源碼簡(jiǎn)單看了一下, 雖理解不深, 但對(duì)channel也有了大體的認(rèn)識(shí).

上手

簡(jiǎn)單對(duì)channel的使用總結(jié)一下.

定義

// 創(chuàng)建普通的管道類(lèi)型, 非緩沖
a := make(chan int)
// 創(chuàng)建緩沖區(qū)大小為10的管道
b := make(chan int, 10)
// 創(chuàng)建只用來(lái)發(fā)送的管道
c := make(chan<- int)
// 創(chuàng)建只用來(lái)接收的管道
d := make(<-chan int)
// eg: 只用來(lái)接收的管道, 每秒一個(gè)
e := time.After(time.Second)

發(fā)送與接收

// 接收數(shù)據(jù)
a := <- ch
b, ok := <- ch
// 發(fā)送數(shù)據(jù)
ch <- 2

最后, 看了一圈, 感覺(jué)channel并不是很復(fù)雜, 就是一個(gè)隊(duì)列, 一端接受, 一端發(fā)送. 不過(guò)其對(duì)多協(xié)程處理做了很多優(yōu)化. 與協(xié)程配合, 靈活使用的話(huà), 應(yīng)該會(huì)有不錯(cuò)的效果.

到此這篇關(guān)于深入理解golang chan的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)golang chan內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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