深入理解Golang Channel 结构
发布时间：2022-07-16 12:16:49 所属栏目：云计算 来源：互联网
导读：Go 语言的 channel 底层是什么数据结构？本文深入解析了 channel。 Golang 使用 Groutine 和 channels 实现了 CSP(Communicating Sequential Processes) 模型，channles 在 goroutine 的通信和同步中承担着重要的角色。 在 GopherCon 2017 中，Golang 专家 K
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Go 语言的 channel 底层是什么数据结构？本文深入解析了 channel。 Golang 使用 Groutine 和 channels 实现了 CSP(Communicating Sequential Processes) 模型，channles 在 goroutine 的通信和同步中承担着重要的角色。 在 GopherCon 2017 中，Golang 专家 Kavya 深入介绍了 Go Channels 的内部机制，以及运行时调度器和内存管理系统是如何支持 Channel 的，本文根据 Kavya 的 ppt 学习和分析一下 go channels 的原理，希望能够对以后正确高效使用 golang 的并发带来一些启发。 以一个简单的 channel 应用开始，使用 goroutine 和 channel 实现一个任务队列，并行处理多个任务。 从上面的代码可以看出，使用 golang 的 goroutine 和 channel 可以很容易的实现一个生产者-消费者模式的任务队列，相比 Java, c++简洁了很多。channel 可以天然的实现了下面四个特性： goroutine 安全 在不同的 goroutine 之间存储和传输值 - 提供 FIFO 语义 (buffered channel 提供） 可以让 goroutine block/unblock 那么 channel 是怎么实现这些特性的呢？下面我们看看当我们调用 make 来生成一个 channel 的时候都做了些什么。 make chan 上述任务队列的例子第三行，使用 make 创建了一个长度为 3 的带缓冲的 channel，channel 在底层是一个 hchan 结构体，位于 src/runtime/chan.go 里。其定义如下： make 函数在创建 channel 的时候会在该进程的 heap 区申请一块内存，创建一个 hchan 结构体，返回执行该内存的指针，所以获取的的 ch 变量本身就是一个指针，在函数之间传递的时候是同一个 channel。 hchan 结构体使用一个环形队列来保存 groutine 之间传递的数据（如果是缓存 channel 的话），使用**两个 list **保存像该 chan 发送和从该 chan 接收数据的 goroutine，还有一个 mutex 来保证操作这些结构的安全。 发送和接收 向 channel 发送和从 channel 接收数据主要涉及 hchan 里的四个成员变量，借用 Kavya ppt 里的图示，来分析发送和接收的过程。 还是以前面的任务队列为例： 其中 G1 是发送者，G2 是接收，因为 ch 是长度为 3 的带缓冲 channel，初始的时候 hchan 结构体的 buf 为空，sendx 和 recvx 都为 0，当 G1 向 ch 里发送数据的时候，会首先对 buf 加锁，然后将要发送的数据 copy 到 buf 里，并增加 sendx 的值，最后释放 buf 的锁。然后 G2 消费的时候首先对 buf 加锁，然后将 buf 里的数据 copy 到 task 变量对应的内存里，增加 recvx，最后释放锁。整个过程，G1 和 G2 没有共享的内存，底层通过 hchan 结构体的 buf，使用 copy 内存的方式进行通信，最后达到了共享内存的目的，这完全符合 CSP 的设计理念 Do not comminute by sharing memory;instead, share memory by communicating 一般情况下，G2 的消费速度应该是慢于 G1 的，所以 buf 的数据会越来越多，这个时候 G1 再向 ch 里发送数据，这个时候 G1 就会阻塞，那么阻塞到底是发生了什么呢？ Goroutine Pause/Resume goroutine 是 Golang 实现的用户空间的轻量级的线程，有 runtime 调度器调度，与操作系统的 thread 有多对一的关系，相关的数据结构如下图： 其中 M 是操作系统的线程，G 是用户启动的 goroutine，P 是与调度相关的 context，每个 M 都拥有一个 P，P 维护了一个能够运行的 goutine 队列，用于该线程执行。 当 G1 向 buf 已经满了的 ch 发送数据的时候，当 runtine 检测到对应的 hchan 的 buf 已经满了，会通知调度器，调度器会将 G1 的状态设置为 waiting, 移除与线程 M 的联系，然后从 P 的 runqueue 中选择一个 goroutine 在线程 M 中执行，此时 G1 就是阻塞状态，但是不是操作系统的线程阻塞，所以这个时候只用消耗少量的资源。 （编辑：我爱制作网_潮州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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