介紹

select是Go在語(yǔ)言層面提供的I/O多路復(fù)用的機(jī)制，其專門(mén)用來(lái)讓Goroutine同時(shí)等待多個(gè)channel是否準(zhǔn)備完畢:可讀或可寫(xiě)。在Channel狀態(tài)改變之前，select會(huì)一直阻塞當(dāng)前線程或者goroutine。

特性：

case 必須是一個(gè)通信操作，主要是指對(duì)通道（Channel）進(jìn)行發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)的操作。

select 語(yǔ)句中除 default 外，各 case 執(zhí)行順序是隨機(jī)的。

select 語(yǔ)句中如果沒(méi)有 default 語(yǔ)句，則會(huì)阻塞等待任意一個(gè) case滿足執(zhí)行條件。

select 語(yǔ)句中除 default 外，每個(gè) case 只能操作一個(gè) channel，要么讀要么寫(xiě)。

當(dāng) select 中的多個(gè) case 同時(shí)被觸發(fā)時(shí)，會(huì)隨機(jī)執(zhí)行其中的一個(gè)。

普通多線程

多路復(fù)用

 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

select在Go語(yǔ)言的源代碼中不存在對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，使用runtime.scase 結(jié)構(gòu)體表示select控制結(jié)構(gòu)里的case。

type scase struct {
	c    *hchan                    //case操作的通道     
    kind  uint16
    //表示該case的類型，分為讀channel、寫(xiě)channel和default。
    //讀channel、寫(xiě)channel和default三種類型分別由常量定義
    //caseRecv：case語(yǔ)句中嘗試讀取scase.c中的數(shù)據(jù)。
    //caseSend：case語(yǔ)句中嘗試向scase.c中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
    //caseDefault：default語(yǔ)句。
	elem unsafe.Pointer 
    //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(xiě)入channel的數(shù)據(jù)存放地址；
}

在select語(yǔ)句運(yùn)行時(shí)，scase結(jié)構(gòu)體的實(shí)例會(huì)被用來(lái)表示每個(gè)case。運(yùn)行時(shí)根據(jù)c 字段找到對(duì)應(yīng)的通道，根據(jù)elem字段來(lái)處理數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收操作。

執(zhí)行流程

 實(shí)現(xiàn)過(guò)程和結(jié)果（穿插編譯器的重寫(xiě)和優(yōu)化）

單分支的select

只有一個(gè) case 且不是 default，這種情況編譯器會(huì)直接將其翻譯成對(duì)管道的收發(fā)操作，并且還是阻塞式的，一直阻塞到操作可以完成。

對(duì)于接收操作（如 case val := <-ch），它會(huì)被轉(zhuǎn)換為 val := <-ch，直接嘗試從通道 ch 接收數(shù)據(jù)。

對(duì)于發(fā)送操作（如 case ch <- value）,它會(huì)被轉(zhuǎn)換為 ch <- value，直接嘗試向通道 ch 發(fā)送數(shù)據(jù)。

只包含default分支會(huì)直接執(zhí)行default操作。

多路select

在編譯器中會(huì)被轉(zhuǎn)換為runtime.selectgo函數(shù)調(diào)用。

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, , ncases int) (int, bool) {
    pollorder := order1[:ncases:ncases]
    lockorder := order1[ncases:][:ncases:ncases]
    for i := 1; i < ncases; i++ {
        j := fastrandn(uint32(i + 1))
        pollorder[i] = pollorder[j]
        pollorder[j] = uint16(i)
    }
    // 代碼可能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作
}

• cas0，scase數(shù)組的頭部指針，前半部分存放的是寫(xiě)管道 case，后半部分存放的讀管道 case，以nsends來(lái)區(qū)分
• order0，它的長(zhǎng)度是scase數(shù)組的兩倍，前半部分分配給pollorder數(shù)組（決定管道執(zhí)行順序），后半部分分配給lockorder數(shù)組（決定管道鎖定順序）
• pollorder：每次selectgo執(zhí)行都會(huì)把scase序列打亂，以達(dá)到隨機(jī)檢測(cè)case的目的。
• lockorder：所有case語(yǔ)句中channel序列，以達(dá)到去重防止對(duì)channel加鎖時(shí)重復(fù)加鎖的目的。
• ncases表示scase數(shù)組的長(zhǎng)度

直接阻塞

1. select結(jié)構(gòu)不包含任何case

在Go編譯器內(nèi)部的代碼如下

func walkselectcases(cases *Nodes) []*Node {
	n := cases.Len()
	if n == 0 {
		return []*Node{mkcall("block", nil, nil)}
	}
	...
}
func block() {
	gopark(nil, nil, waitReasonSelectNoCases, traceEvGoStop, 1)
}

walkselectcases的參數(shù)是一個(gè)select語(yǔ)句中的case元素的集合。當(dāng)集合的長(zhǎng)度為0時(shí)，表示當(dāng)前select中無(wú)case會(huì)調(diào)用block函數(shù)，block函數(shù)會(huì)調(diào)用gopark讓出goroutine對(duì)處理器的使用權(quán)并傳入等待原因，暫停goroutine避免CPU空轉(zhuǎn)。

2.當(dāng)case中的channel是空指針

例：包含一個(gè)case且case中的channel是空指針，編譯器會(huì)將select改寫(xiě)為if條件語(yǔ)句

//部分代碼
if ch == nil {
    block()調(diào)用block，將goroutine陷入永久休眠
}

非阻塞操作 

當(dāng)select中包含default分支時(shí)，就會(huì)被編譯器認(rèn)為是一次非阻塞的收發(fā)操作。

示例：一個(gè)case分支一個(gè)default分支，對(duì)通道的讀寫(xiě)操作

示例：一個(gè)case分支一個(gè)default分支，對(duì)通道的讀寫(xiě)操作

寫(xiě)操作：編譯器會(huì)使用條件語(yǔ)句和 runtime.selectnbsend 函數(shù)改寫(xiě)代碼

//改寫(xiě)
if selectnbsend(ch, i) {
    ...
} else {
    ...
}
//false參數(shù)決定了這一次的發(fā)送是非阻塞的，所以如果存在緩沖區(qū)空間不足時(shí)，當(dāng)前 Goroutine 都不會(huì)阻塞而是會(huì)直接返回。
func selectnbsend(c *hchan, elem unsafe.Pointer) (selected bool) {
	return chansend(c, elem, false, getcallerpc())
}

 讀操作：

// 改寫(xiě)前
select {
case v <- ch: // case v, ok <- ch:
    ......
default:
    ......
}
// 改寫(xiě)后
if selectnbrecv(&v, ch) { // if selectnbrecv2(&v, &ok, ch) {
    ...
} else {
    ...
}
//看讀操作是否需要，第一個(gè)會(huì)忽略返回的布爾值，第二個(gè)會(huì)將布爾值傳給調(diào)用方，block參數(shù)決定本次操作不阻塞
func selectnbrecv(elem unsafe.Pointer, c *hchan) (selected bool) {
	selected, _ = chanrecv(c, elem, false)
	return
}
func selectnbrecv2(elem unsafe.Pointer, received *bool, c *hchan) (selected bool) {
	selected, *received = chanrecv(c, elem, false)
	return
}

 性能優(yōu)化建議

• case數(shù)量控制建議不超過(guò)5-10個(gè)
• 適當(dāng)使用帶緩沖區(qū)的channel避免頻繁的阻塞和喚醒
• 合理使用default避免無(wú)謂的阻塞

到此這篇關(guān)于Go 語(yǔ)言 select 的實(shí)現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go 語(yǔ)言 select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！

最新評(píng)論