Golang源码阅读 - channel 和 select（一）

实现同步的两个思路：共享内存、消息通信（内存拷贝），共享内存通常通过锁机制实现，消息通信则基于 [CSP理论](http://www.usingcsp.com/cspbook.pdf)。

go 显示使用 channel ，需要程序员显示的分配消息通道，channel 分为无缓冲的和缓冲两种类型。在了解 channel 内部实现之前，我们先了解 go 语言的调度模型。

go 的调度模型 GPM 模型：

• G - goroutine，Global 队列存放 G
• P - processer，逻辑处理器，P 的 local 队列也存放 G
• M - machine，实际运行 golang 程序作业

M 实际运行要绑定一个 P ，P 类似一个存放资源的队列，P 的 local 队列内存放 G 。M 与 P 绑定，不断从 P 的 local 队列内取 G(无锁操作)，切换到 G 的堆栈执行，若没有了 G，则从 Global 队列内取 G (有锁操作)，可能会取一批到 P 的 local 队列内，若 Global 内也没有 G ，则尝试从其他 P 中窃取 G ，一般窃取一半，当没有 G 时， M 和 P 解绑，进入休眠。

channel数据结构

src/runtime/chan.go

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type hchan struct {
	qcount   uint           // 队列中的数据的量
	dataqsiz uint           // 环形队列的大小
	buf      unsafe.Pointer // 指向 dataqsiz 大小的的数组
	elemsize uint16 // 元素大小
	closed   uint32 // 是否关闭
	elemtype *_type // 元素类型
	sendx    uint   // 发送索引
	recvx    uint   // 接收索引
	recvq    waitq  // 接收列表即 <-chan
	sendq    waitq  // 发送列表即 ch<-

	lock mutex
	// lock保护 hchan 结构体内的所有字段，以及 waitq 内的 sudog，
	// 在持有该锁时，不要改变 G 的状态，因为在栈收缩时会死锁
}


type waitq struct {
	first *sudog
	last  *sudog
}

waitq 是等待队列和发送队列的包装，包装了当前 goroutine 的指针，即 waitq 指向了一个 goroutine 指针队列，是一个双向队列。初始化带缓冲的 hchan 时： 如上图，初始化一个有 4 个缓冲区的通道，buf 指向一个有界数组，sendx 表示下一次发送数据时要访问 buf 数组的下标，recvx 则表示下一次接收数据时要访问的下标，recvq 保存待接收通道数据的 goroutine 链表，类似的，sendq 负责保存发送数据的 goroutine 。

以此 channel 为例，带有 4 个缓冲区，首先看看 channel 接收数据的流程。

channel接收数据流程

① 协程 G 预往 channel 中插入数据 4，此时 sendx 为 0，表示若要插入数据，将数据放在 buf 下标为 0 处，缓冲区 buf 内空间未满，直接将 G 的数据插入到 buf 内，G 携带的数据放在 buf[0] 处， sendx 加一：

② 第二个协程 G2 携带数据，与第 ① 步类似，buf 空间未满，直接插入，sendx 索引加一：

③ 当插入数据到 buf ，buf空间恰好满了，此时 sendx 归为 0，如此设计让 channel 的缓冲区成为一个 FIFO 类型的通道：

④ 协程 G5 要插入数据，但是 buf 空间已满，则将 G5 插入到发送数据等待队列 sendq，即被阻塞，直到 buf 有空间才从 sendq 取出 G 插入数据:

channel发送数据流程

① 协程 G 预接收数据，recvx 表示 channel 下一个要发送的数据的下标，buf 内有数据，channel 直接将数据发送给 G ,recvx 加一：

② 协程 G2 预接收数据，channel 最后一个数据发送给 G2 ， buf 为空，recvx 应归 0：

③ 协程 G3 也要接收 channel 的数据，但是 buf 内已无数据，G3 则被挂起，被放入 recvq 队列内排队：

总结

channel 接收数据时要考虑 buf 是否已满，影响的是 sendx 和 sendq 两个属性，缓冲区满时，协程入 sendq 队列；类似的， channel 发送数据时要考虑 buf 内没有数据的情况，影响 recvx 和 recvq 两个属性。sendx 及 recvx 的变化规律表明 channel 存取数据的方式是先入先出 FIFO 的形式。