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詳解Golang中channel的實現(xiàn)

更新時間：2023年09月13日 09:44:24 作者：mjiarong

channel俗稱管道,用于數(shù)據(jù)傳遞或數(shù)據(jù)共享,其本質(zhì)是一個先進先出的隊列,使用goroutine+channel進行數(shù)據(jù)通訊簡單高效,同時也線程安全,本文就給大家講講Golang中channel的實現(xiàn),需要的朋友可以參考下

1、channel的基本概念

channel俗稱管道，用于數(shù)據(jù)傳遞或數(shù)據(jù)共享，其本質(zhì)是一個先進先出的隊列，使用goroutine+channel進行數(shù)據(jù)通訊簡單高效，同時也線程安全，多個goroutine可同時修改一個channel，不需要加鎖。

channel可分為三種類型：

只讀channel：只能讀channel里面數(shù)據(jù)，不可寫入
只寫channel：只能寫數(shù)據(jù)，不可讀
一般channel：可讀可寫

2、channel的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

type hchan struct {
    qcount uint // 隊列中元素個數(shù) 
    dataqsiz uint // 循環(huán)隊列的大小 
    buf unsafe.Pointer // 指向循環(huán)隊列 
    elemsize uint16 // 通道里面的元素大小 
    closed uint32 // 通道關(guān)閉的標志 
    elemtype *_type // 通道元素的類型 
    sendx uint // 待發(fā)送的索引，即循環(huán)隊列中的隊尾指針front 
    recvx uint // 待讀取的索引，即循環(huán)隊列中的隊頭指針rear 
    recvq waitq // 接收等待隊列 
    sendq waitq // 發(fā)送等待隊列 
    lock mutex // 互斥鎖 
}

3、channel的hchan結(jié)構(gòu)圖

hchan結(jié)構(gòu)體中的buf指向一個數(shù)組，用來實現(xiàn)循環(huán)隊列，sendx是循環(huán)隊列的隊尾指針，recvx是循環(huán)隊列的隊頭指針。dataqsize是緩存型通道的大小，qcount是記錄通道內(nèi)元素個數(shù)。

循環(huán)隊列一般使用空余單元法來解決隊空和隊滿時候都存在font=rear帶來的二義性問題，但這樣會浪費一個單元。golang的channel中是通過增加qcount字段記錄隊列長度來解決二義性，一方面不會浪費一個存儲單元，另一方面當使用len函數(shù)查看隊列長度時候，可以直接返回qcount字段，一舉兩得。

hchan結(jié)構(gòu)體中另一重要部分是recvq,sendq，分別存儲了等待從通道中接收數(shù)據(jù)的goroutine，和等待發(fā)送數(shù)據(jù)到通道的goroutine。兩者都是waitq類型。sudog是對goroutine的一種封裝

type waitq struct {
    first *sudog
    last *sudog
}

waitq是一個結(jié)構(gòu)體類型，waitq和sudog構(gòu)成雙向鏈表，其中sudog是鏈表元素的類型，waitq中first和last字段分別指向鏈表頭部的sudog，鏈表尾部的sudog。

channel 的發(fā)送和接收操作本質(zhì)上都是 “值的拷貝”，無論是從 sender goroutine 的棧到 chan buf，還是從 chan buf 到 receiver goroutine，或者是直接從 sender goroutine 到 receiver goroutine。

channel讀取寫入流程

操作	nil channel	closed channel	not nil，not closed
close	panic	panic	正常關(guān)閉
讀<-ch	阻塞	如果channel關(guān)閉前有數(shù)據(jù),則會正常讀取到數(shù)據(jù).如果沒有數(shù)據(jù)則會讀取到對應(yīng)元素類型的空值	阻塞或正常讀取數(shù)據(jù)，緩沖型channel為空或非緩沖型channel等待發(fā)送者時會阻塞
寫ch<-	阻塞	panic	阻塞或正常寫入數(shù)據(jù)，非緩沖型channel等待接收者或緩沖型channel buf滿時會被阻塞