【Golang 面试题】每日 3 题（二十二）

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📚专栏简介：在这个专栏中，我将会分享 Golang 面试中常见的面试题给大家~

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64. Go channel 的概念和使用场景

概念：

Go 中的 channel 是一个队列，遵循先进先出的原则，负责协程之间的通信（Go 语言提倡不要通过共享内存来通信，而要通过通信来实现内存共享，CSP (Communicating Sequential Process) 并发模型，就是通过 goroutine 和 channel 来实现的）

使用场景：

停止信号监听
定时任务
生产方和消费方解耦
控制并发数

65. Go channel 的底层数据结构

通过 var 声明或者 make 函数创建的 channel 变量是一个存储在函数栈帧上的指针，占用 8 个字节，指向堆上的 hchan 结构体。

源码包中 src/runtime/chan.go 定义了 hchan 的数据结构：

hchan 结构体：

go 复制代码

type hchan struct {
 closed   uint32   // channel是否关闭的标志
 elemtype *_type   // channel中的元素类型
 // channel分为无缓冲和有缓冲两种。
 // 对于有缓冲的channel存储数据，使用了 ring buffer（环形缓冲区) 来缓存写入的数据，本质是循环数组
 // 为啥是循环数组？普通数组不行吗，普通数组容量固定更适合指定的空间，弹出元素时，普通数组需要全部都前移
 // 当下标超过数组容量后会回到第一个位置，所以需要有两个字段记录当前读和写的下标位置
 buf      unsafe.Pointer // 指向底层循环数组的指针（环形缓冲区）
 qcount   uint           // 循环数组中的元素数量
 dataqsiz uint           // 循环数组的长度
 elemsize uint16                 // 元素的大小
 sendx    uint           // 下一次写下标的位置
 recvx    uint           // 下一次读下标的位置

 // 尝试读取channel或向channel写入数据而被阻塞的goroutine
 recvq    waitq  // 读等待队列
 sendq    waitq  // 写等待队列
 lock mutex //互斥锁，保证读写channel时不存在并发竞争问题
}

等待队列：

双向链表，包含一个头结点和一个尾结点。

每个节点是一个 sudog 结构体变量，记录哪个协程在等待，等待的是哪个 channel，等待发送/接收的数据在哪里。

go 复制代码

type waitq struct {
   first *sudog
   last  *sudog
}
type sudog struct {
    g *g
    next *sudog
    prev *sudog
    elem unsafe.Pointer
    c        *hchan
    ...
}

66. 如何创建 Go channel？

使用 make(chan T, cap) 来创建 channel，make 语法会在编译时，转换为 makechan64 和 makechan。

go 复制代码

func makechan64(t *chantype, size int64) *hchan {
    if int64(int(size)) != size {
        panic(plainError("makechan: size out of range"))
    }
    return makechan(t, int(size))
}

创建 channel 有两种，一种是带缓冲的 channel，一种是不带缓冲的 channel。

go 复制代码

// 带缓冲
ch := make(chan int, 3)
// 不带缓冲
ch := make(chan int)

创建时会做一些检查:

元素大小不能超过 64K。
元素的对齐大小不能超过 maxAlign 也就是 8 字节。
计算出来的内存是否超过限制。

创建时的策略:

如果是无缓冲的 channel，会直接给 hchan 分配内存。
如果是有缓冲的 channel，并且元素不包含指针，那么会为 hchan 和底层数组分配一段连续的地址。
如果是有缓冲的 channel，并且元素包含指针，那么会为 hchan 和底层数组分别分配地址。