概述

在go語言中，select語句就是用來監(jiān)聽和channel有關(guān)的IO操作，當(dāng)IO操作發(fā)生時，觸發(fā)相應(yīng)的case操作，有了select語句，可以實現(xiàn)main主線程與goroutine線程之間的互動。需要的朋友可以參考以下內(nèi)容，希望對大家有幫助。

select實現(xiàn)原理

Golang實現(xiàn)select時，定義了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示每個case語句(包含default，default實際上是一種特殊的case)，select執(zhí)行過程可以看成一個函數(shù)，函數(shù)輸入case數(shù)組，輸出選中的case，然后程序流程轉(zhuǎn)到選中的case塊。

執(zhí)行流程

在默認(rèn)的情況下，select 語句會在編譯階段經(jīng)過如下過程的處理：

• 將所有的 case 轉(zhuǎn)換成包含 Channel 以及類型等信息的 scase 結(jié)構(gòu)體；
• 調(diào)用運行時函數(shù) selectgo 獲取被選擇的scase 結(jié)構(gòu)體索引，如果當(dāng)前的 scase 是一個接收數(shù)據(jù)的操作，還會返回一個指示當(dāng)前case 是否是接收的布爾值；
• 通過 for 循環(huán)生成一組 if 語句，在語句中判斷自己是不是被選中的 case。

case數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

select控制結(jié)構(gòu)中case使用了scase結(jié)構(gòu)體來表示，源碼包src/runtime/select.go:scase定義了表示case語句的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

type scase struct {
    c           *hchan
    elem        unsafe.Pointer
    kind        uint16
    pc          uintptr
    releasetime int64
}

scase.c：由于非default的case中都與channel的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)有關(guān)，所以在scase結(jié)構(gòu)體中也包含一個c字段用于存儲case中使用的channel，為當(dāng)前case語句所操作的channel指針，這也說明了一個case語句只能操作一個channel。

scase.kind：表示該case的類型，分為讀channel、寫channel和default，三種類型分別由常量定義：

const (
    caseNil = iota
    caseRecv	//case語句中嘗試讀取scase.c中的數(shù)據(jù)；
    caseSend	//case語句中嘗試向scase.c中寫入數(shù)據(jù)；
    caseDefault //default語句
)

scase.elem:用于接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)的變量地址，根據(jù)scase.kind不同，有不同的用途：

• scase.kind == caseRecv ： scase.elem表示讀出channel的數(shù)據(jù)存放地址；
• scase.kind == caseSend ： scase.elem表示將要寫入channel的數(shù)據(jù)存放地址；

執(zhí)行select

在運行期間會調(diào)用selectgo()函數(shù)，這個函數(shù)主要作用是從select控制結(jié)構(gòu)中的多個case中選擇一個需要執(zhí)行的case，隨后的多個 if 條件語句就會根據(jù) selectgo() 的返回值執(zhí)行相應(yīng)的語句。

運行時源碼包src/runtime/select.go:selectgo()定義了select選擇case的函數(shù)：

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) {
    cas1 := (*[1 << 16]scase)(unsafe.Pointer(cas0))
    order1 := (*[1 << 17]uint16)(unsafe.Pointer(order0))

    scases := cas1[:ncases:ncases]
    pollorder := order1[:ncases:ncases]
    lockorder := order1[ncases:][:ncases:ncases]

    for i := range scases {
        cas := &scases[i]
        if cas.c == nil && cas.kind != caseDefault {
            *cas = scase{}
        }
    }

    for i := 1; i < ncases; i++ {
        j := fastrandn(uint32(i + 1))
        pollorder[i] = pollorder[j]
        pollorder[j] = uint16(i)
    }

    // sort the cases by Hchan address to get the locking order.
    // ...
    
    sellock(scases, lockorder)

    // ...
}

selectgo 函數(shù)首先會進行執(zhí)行一些初始化操作，也就是決定處理 case 的兩個順序，其中一個是 pollOrder 另一個是 lockOrder。

函數(shù)參數(shù)：

• cas0：為scase數(shù)組的首地址，selectgo()就是從這些scase中找出一個返回。
• order0：為一個兩倍cas0數(shù)組長度的buffer，保存scase隨機序列pollorder和scase中channel地址序列lockorder；
• pollorder：每次selectgo執(zhí)行都會把scase序列打亂，以達(dá)到隨機檢測case的目的。
• lockorder：所有case語句中channel序列，以達(dá)到去重防止對channel加鎖時重復(fù)加鎖的目的。
• ncases：表示scase數(shù)組的長度

函數(shù)返回值：

• int： 選中case的編號，這個case編號跟代碼一致
• bool: 是否成功從channle中讀取了數(shù)據(jù)，如果選中的case是從channel中讀數(shù)據(jù)，則該返回值表示是否讀取成功。

循環(huán)

當(dāng) select 語句確定了輪詢和鎖定的順序并鎖定了所有的 Channel 之后就會開始進入 select的主循環(huán)，查找或者等待 Channel 準(zhǔn)備就緒，循環(huán)中會遍歷所有的 case 并找到需要被喚起的sudog 結(jié)構(gòu)體。

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) {
    // ...
    gp = getg()
    nextp = &gp.waiting
    for _, casei := range lockorder {
        casi = int(casei)
        cas = &scases[casi]
        if cas.kind == caseNil {
            continue
        }
        c = cas.c
        sg := acquireSudog()
        sg.g = gp
        sg.isSelect = true
        sg.elem = cas.elem
        sg.c = c
        *nextp = sg
        nextp = &sg.waitlink

        switch cas.kind {
        case caseRecv:
            c.recvq.enqueue(sg)

        case caseSend:
            c.sendq.enqueue(sg)
        }
    }

    gp.param = nil
    gopark(selparkcommit, nil, waitReasonSelect, traceEvGoBlockSelect, 1)

    // ...
}

在這段循環(huán)的代碼中，我們會分四種不同的情況處理 select 中的多個 case：

caseNil — 當(dāng)前 case 不包含任何的 Channel，就直接會被跳過；

caseRecv — 當(dāng)前 case 會從 Channel 中接收數(shù)據(jù)；

• 如果當(dāng)前 Channel 的 sendq 上有等待的 Goroutine 就會直接跳到 recv 標(biāo)簽所在的代碼段，從 Goroutine 中獲取最新發(fā)送的數(shù)據(jù)；
• 如果當(dāng)前 Channel 的緩沖區(qū)不為空就會跳到 bufrecv 標(biāo)簽處從緩沖區(qū)中獲取數(shù)據(jù)；
• 如果當(dāng)前 Channel 已經(jīng)被關(guān)閉就會跳到rclose 做一些清除的收尾工作；

caseSend — 當(dāng)前 case 會向 Channel 發(fā)送數(shù)據(jù)；

• 如果當(dāng)前 Channel 已經(jīng)被關(guān)閉就會直接跳到 rclose 代碼段；
• 如果當(dāng)前 Channel 的 recvq 上有等待的 Goroutine 就會跳到 send 代碼段向 Channel 直接發(fā)送數(shù)據(jù)；

caseDefault — 表示默認(rèn)情況，如果循環(huán)執(zhí)行到了這種情況就表示前面的所有case 都沒有被執(zhí)行，所以這里會直接解鎖所有的 Channel 并退出 selectgo 函數(shù)，這時也就意味著當(dāng)前 select 結(jié)構(gòu)中的其他收發(fā)語句都是非阻塞的。

總結(jié)

通過以上內(nèi)容我們簡單的了解了select結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程與實現(xiàn)原理，首先在編譯期間，Go 語言會對 select 語句進行優(yōu)化， 對于空的select語句會直接轉(zhuǎn)換成block函數(shù)的調(diào)用，直接掛起當(dāng)前Goroutine，如果select語句中只包含一個case，就會被轉(zhuǎn)換成if ch == nil {block}; n; 表達(dá)式。然后執(zhí)行case結(jié)構(gòu)體中內(nèi)容。

在運行時會執(zhí)行selectgo函數(shù)，隨機生成一個遍歷的輪詢順序pollOrder并根據(jù)Channel地址生成一個用于遍歷的鎖定順序lockOrder；然后根據(jù)pollOrder遍歷所有的case查看是否有可以處理的Channel消息，如果有消息就直接獲取case對應(yīng)的索引并返回。如果沒有消息就會創(chuàng)建sudog結(jié)構(gòu)體，將當(dāng)前 Goroutine 加入到所有相關(guān) Channel 的sendq 和 recvq 隊列中并調(diào)用 gopark 觸發(fā)調(diào)度器的調(diào)度；

注意： 并不是所有的select控制結(jié)構(gòu)都會走到selectgo，很多情況都會被直接優(yōu)化調(diào)。

以上就是深入淺出Golang中select的實現(xiàn)原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Golang select原理的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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