Golang 之channel

Ackerman(n)Wendell 发布于2年前

1.channel 的特性

  • goroutine-safe,多个 goroutine 可以同时访问一个 channel。
  • 多goroutine共享和通信
  • 先进先出FIFO
  • 可以导致 goroutine 的 block 和 unblock

2.channel 的结构

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type hchan struct {
    qcount   uint           // total data in the queue
    dataqsiz uint           // size of the circular queue
    buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements 指向一个环形队列
    elemsize uint16
    closed   uint32
    elemtype *_type // element type
    sendx    uint   // send index
    recvx    uint   // receive index
    recvq    waitq  // list of recv waiters
    sendq    waitq  // list of send waiters

    // lock protects all fields in hchan, as well as several
    // fields in sudogs blocked on this channel.
    //
    // Do not change another G's status while holding this lock
    // (in particular, do not ready a G), as this can deadlock
    // with stack shrinking.
    lock mutex
}

3.channel的发送和接收

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  • G1是发送者(写入),G2是接收者(读取)
  • G1首先获得锁向taskCh发送task,将task放入环形队列进行排队
  • G2获取锁并从队列中拿到task,此处的task是内存的一个拷贝
  • 拷贝是安全的,因为channel通过mutex得到保护,没有共享内容,所有的内容都是拷贝的。

3.channel实现阻塞和非阻塞

如果一直往channel中发送task,那么当channel满时,就会导致发送者(goroutine )的执行暂停。暂停的过程如下:

  • 暂停发生在调度时
  • Goroutines 是用户态的线程(协程),是由runtime管理其生命周期,包括创建和管理。而不是操作系统,与操作系统层面对线程的调度开销相比,Goroutines 是属于上层调度更为轻量级
  • Go的调度器是M:N的调度模型,可以通过三层结构来描述。其中M代表OS的线程,N代表goroutine ,P代表调度的上下文

一个线程持有一个P,P持有执行队列

goroutine 阻塞,但是对应的OS的Thread不会阻塞,同时一个Thread管理的一组goroutine 不会引起线程的上下文切换

如何恢复G1的运行,但是其他的goroutine 一旦开始接收channel中的数据时(channel就不满了),此时需要恢复channel的发送者goroutine

4.goroutine 的暂停

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goroutine的暂停(例如上述的阻塞),chan会通知调度器来暂存goroutine,并将其状态从运行态修改成等待状态,同时从p中调度新的goroutine。

  • 这一点是很有优势的,一方面我们没有销毁线程,而是通过上下文切换来调度新的goroutine,注意此处的上下文不是线程的,而是goroutine级别的。这个代价会很小。
  • 一旦channel 不在满的时候,暂停的goroutine将会被恢复。

5.goroutine 的恢复

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  • 等待状态的goroutine 的机构中有一个指针指向等待的元素
  • 发送者(G1)在调用调度器之前,会给自己创建一个sudoG,用于在将来被恢复或者唤醒。
  • 当channel 不再满的时候,接收者(G2)会弹出sudoG,此时G1的状态将变为可执行状态,并由调度器再次调度(但不是立马)

6.直接发送

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当G1需要被恢复时,从理论上说,需要获取chan的锁,但是runtime此处有个优雅的设计,使其代价更小。runtime直接把G1复制到接收队列G2的栈中,不需要获取chan的锁。也不需要从chan中进行内存的拷贝。

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