golang的channel机制底层实现

0.主要结构

Go 复制代码

type hchan struct {
	// chan 里元素数量
	qcount   uint
	// chan 底层循环数组的长度
	dataqsiz uint
	// 指向底层循环数组的指针
	// 只针对有缓冲的 channel
	buf      unsafe.Pointer
	// chan 中元素大小
	elemsize uint16
	// chan 是否被关闭的标志
	closed   uint32
	// chan 中元素类型
	elemtype *_type // element type
	// 已发送元素在循环数组中的索引
	sendx    uint   // send index
	// 已接收元素在循环数组中的索引
	recvx    uint   // receive index
	// 等待接收的 goroutine 队列
	recvq    waitq  // list of recv waiters
	// 等待发送的 goroutine 队列
	sendq    waitq  // list of send waiters

	// 保护 hchan 中所有字段
	lock mutex
}

channel主要调用发送和接收两个方法，

1.接收val:=<-ch，内部主要调用

Go 复制代码

func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool){
...
}

这里c就是定义的channel，ep是接收数据的地址也就是&val，block默认为true，selected标志位在select场景使用，received标志位在判断通道关闭时使用。

主要处理以下情形：

1.1 c为空，

如果不阻塞，直接返回(false,false)；

如果阻塞，接收一个nil的channel时候直接将此go挂起；

1.2 通道还没有准备好接收数据（对于非缓存而言就是还没有发送方，也就是c的sendq里没有等待发送的go，对于缓存而言就是buf还是空的）

如果不阻塞，直接返回(false,false)；

如果阻塞，则继续往下走；

1.3 若通道已经关闭，从一个已经关闭的通道执行接收，将返回零值，并返回(true,false)；

1.4 若c.sendq队列有go存在

对于非缓存而言，直接将数据从发送的go要发送的数据地址拷贝至接收地址ep也就是&val;

对于缓存而言说明buf满了，应先处理buf里数据然后将发送的数据放到buf也就是：

找到recvx处buf $recvx$ 并拷贝至接收地址ep；然后从发送go的要发送的数据地址拷贝至buf $recvx$ ，接收下标recvx++;

1.5 若c.buf有数据但没有满，应该先处理buf的:

找到recvx处buf $recvx$ 并拷贝至接收地址ep；然后清理掉该位置数据，接收下标更新recv++；buf的数组元素个数更新c.qcount--

1.6 若最后，通道还是没有准备好接收数据（对于非缓存而言就是还没有发送方，也就是c的sendq里没有等待发送的go，对于缓存而言就是buf还是空的），则构建一个sudog，其elem存储接收数据的地址ep，g存储当前go，c存储此通道。将这个sudog放入c.recvq队列然后挂起。

2.发送ch<-3，内部主要调用

Go 复制代码

func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool{
...
}

这里c就是定义的channel，ep是发送数据的地址，block默认为true。

主要处理以下情形：

2.1 c为空，

不能阻塞，直接返回 false，表示未发送成功

如果阻塞，发送一个nil的channel时候直接将此go挂起；

2.2 通道还没有准备好发送数据（对于非缓存而言就是还没有接收方，也就是c的recvq里没有等待接收的go，对于缓存而言就是buf还是满的）

如果不阻塞，直接返回false；

如果阻塞，则继续往下走；

2.3 若通道已经关闭，从一个已经关闭的通道执行发送，将panic；

2.4 若c.recvq队列有go存在

无论是缓存还是非缓存都说明buf（尽管非缓存没有这个概念）为空不用操作buf，因此可以直接将发送数据发给接收者，这里也就是取出c.recvq队列头部一个接收go，将要发送的数据拷贝至接收go的接收地址并返回true；

2.5 若c.buf有空闲空间但没有空，应该发送数据放入buf:

找到sendx处buf $sendx$ 并将要发送数据拷贝至此；发送下标更新send++；buf的数组元素个数更新c.qcount++

2.6 若最后，通道还是没有准备好发送数据（对于非缓存而言就是还没有接收方，也就是c的recvq里没有等到接收的go，对于缓存而言就是buf还是满的），则构建一个sudog，其elem存储要发宋数据的地址ep，g存储当前go，c存储此通道。将这个sudog放入c.sendq队列然后挂起。

3 总结一下操作 channel 的结果：

|--------|-------------|----------------|-------------------------------------------------------|
| 操作 | nil channel | closed channel | not nil, not closed channel |
| close | panic | panic | 正常关闭 |
| 读<-ch | 阻塞 | 零值 | 阻塞或正常读取数据。缓冲型 channel 为空或非缓冲型 channel 没有等待发送者时会阻塞 |
| 写ch<- | 阻塞 | panic | 阻塞或正常写入数据。非缓冲型 channel 没有等待接收者或缓冲型 channel buf 满时会被阻塞 |