图解Go select语句原理

291 阅读5分钟
原文链接: mp.weixin.qq.com

Go 的select语句是一种仅能用于channl发送和接收消息的专用语句,此语句运行期间是阻塞的;当select中没有case语句的时候,会阻塞当前的groutine。所以,有人也会说select是用来阻塞监听goroutine的。 还有人说:select是Golang在语言层面提供的I/O多路复用的机制,其专门用来检测多个channel是否准备完毕:可读或可写。

以上说法都正确。

I/O多路复用

我们来回顾一下是什么是 I/O多路复用

普通多线程(或进程)I/O

每来一个进程,都会建立连接,然后阻塞,直到接收到数据返回响应。 普通这种方式的缺点其实很明显:系统需要创建和维护额外的线程或进程。因为大多数时候,大部分阻塞的线程或进程是处于等待状态,只有少部分会接收并处理响应,而其余的都在等待。系统为此还需要多做很多额外的线程或者进程的管理工作。

为了解决图中这些多余的线程或者进程,于是有了"I/O多路复用"

I/O多路复用

每个线程或者进程都先到图中”装置“中注册,然后阻塞,然后只有一个线程在”运输“,当注册的线程或者进程准备好数据后,”装置“会根据注册的信息得到相应的数据。从始至终kernel只会使用图中这个黄黄的线程,无需再对额外的线程或者进程进行管理,提升了效率。

select组成结构

select的实现经历了多个版本的修改,当前版本为:1.11 select这个语句底层实现实际上主要由两部分组成: case语句执行函数。 源码地址为:/go/src/runtime/select.go

每个case语句,单独抽象出以下结构体:

    type scase struct {

    c *hchan // chan

    elem unsafe.Pointer // 读或者写的缓冲区地址

    kind uint16 //case语句的类型,是default、传值写数据(channel <-) 还是 取值读数据(<- channel)

    pc uintptr // race pc (for race detector / msan)

    releasetime int64

    }

结构体可以用下图表示:

其中比较关键的是: hchan,它是channel的指针。 在一个select中,所有的case语句会构成一个 scase结构体的数组。

然后执行select语句实际上就是调用 func selectgo(cas0*scase,order0*uint16,ncasesint)(int,bool)函数。

func selectgo(cas0*scase,order0*uint16,ncasesint)(int,bool)函数参数:

  • cas0 为上文提到的case语句抽象出的结构体 scase数组的第一个元素地址

  • order0为一个两倍cas0数组长度的buffer,保存scase随机序列pollorder和scase中channel地址序列lockorder。

  • nncases表示 scase数组的长度

selectgo返回所选scase的索引(该索引与其各自的select {recv,send,default}调用的序号位置相匹配)。此外,如果选择的scase是接收操作(recv),则返回是否接收到值。

谁负责调用 func selectgo(cas0*scase,order0*uint16,ncasesint)(int,bool)函数呢?

/reflect/value.go中有个 func rselect([]runtimeSelect)(chosenint,recvOKbool)函数,此函数的实现在 /runtime/select.go文件中的 func reflect_rselect(cases[]runtimeSelect)(int,bool)函数中:

                                            

    func reflect_rselect (cases [] runtimeSelect) (int, bool) {

    //如果cases语句为空,则阻塞当前groutine

    if len( cases) == 0 {

    block ()

    }

    //实例化case的结构体

    sel := make([] scase, len (cases))

    order := make([] uint16, 2*len (cases))

    for i := range cases {

    rc := & cases[i ]

    switch rc. dir {

    case selectDefault:

    sel [i] = scase {kind: caseDefault}

    case selectSend:

    sel [i] = scase {kind: caseSend, c: rc.ch, elem: rc. val}

    case selectRecv:

    sel [i] = scase {kind: caseRecv, c: rc.ch, elem: rc. val}

    }

    if raceenabled || msanenabled {

    selectsetpc (&sel[ i])

    }

    }

    return selectgo(& sel[0 ], & order[0 ], len(cases ))

    }

那谁调用的 func rselect([]runtimeSelect)(chosenint,recvOKbool)呢? 在 /refect/value.go中,有一个 funcSelect(cases[]SelectCase)(chosenint,recvValue,recvOKbool)的函数,其调用了 rselect函数,并将最终Go中select语句的返回值的返回。

以上这三个函数的调用栈按顺序如下:

  • func Select( cases[] SelectCase) (chosen int, recvValue ,recvOK bool)

  • func rselect ([]runtimeSelect )( chosenint ,recvOK bool)

  • func selectgo (cas0 *scase ,order0 *uint16 ,ncases int) (int ,bool )

这仨函数中无论是返回值还是参数都大同小异,可以简单粗暴的认为:函数参数传入的是case语句,返回值返回被选中的case语句。 那谁调用了 funcSelect(cases[]SelectCase)(chosenint,recvValue,recvOKbool)呢? 可以简单的认为是系统了。 来个简单的图:

前两个函数 Selectrselect都是做了简单的初始化参数,调用下一个函数的操作。select真正的核心功能,是在最后一个函数 func selectgo(cas0*scase,order0*uint16,ncasesint)(int,bool)中实现的。

selectgo函数做了什么

打乱传入的case结构体顺序

锁住其中的所有的channel

遍历所有的channel,查看其是否可读或者可写

如果其中的channel可读或者可写,则解锁所有channel,并返回对应的channel数据

假如没有channel可读或者可写,但是有default语句,则同上:返回default语句对应的scase并解锁所有的channel。

假如既没有channel可读或者可写,也没有default语句,则将当前运行的groutine阻塞,并加入到当前所有channel的等待队列中去。

然后解锁所有channel,等待被唤醒。

此时如果有个channel可读或者可写ready了,则唤醒,并再次加锁所有channel,

遍历所有channel找到那个对应的channel和G,唤醒G,并将没有成功的G从所有channel的等待队列中移除。

如果对应的scase值不为空,则返回需要的值,并解锁所有channel

如果对应的scase为空,则循环此过程。

select和channel之间的关系

在想想select和channel做了什么事儿,我觉得和多路复用是一回事儿

更多精彩内容,请关注我的微信公众号 互联网技术窝 或者加微信共同探讨交流:

参考文献:

  • https://my.oschina.net/renhc/blog/2253937

  • https://blog.csdn.net/xdrbt/article/details/80287959

  • https://blog.csdn.net/qq_34199383/article/details/80303629

  • https://blog.csdn.net/wangxindong11/article/details/78591308

  • https://draveness.me/golang-select

  • https://studygolang.com/articles/1807