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

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：

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 type waitq struct { first *sudog last *sudog }

type sudog struct {
g \*g
next \*sudog
prev \*sudog
elem unsafe.Pointer
c        \*hchan
...
}

操作：

创建

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

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

// 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 2、元素的对齐大小不能超过 maxAlign 也就是 8 字节 3、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

发送

发送操作，编译时转换为runtime.chansend函数 func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool 阻塞式：

调用chansend函数，并且block=true

ch <- 10

非阻塞式：

调用chansend函数，并且block=false

select {
    case ch <- 10:
    ...

  default
}

向 channel 中发送数据时大概分为两大块：检查和数据发送，数据发送流程如下：

如果 channel 的读等待队列存在接收者goroutine
- 将数据直接发送给第一个等待的 goroutine， 唤醒接收的 goroutine
如果 channel 的读等待队列不存在接收者goroutine
- 如果循环数组buf未满，那么将会把数据发送到循环数组buf的队尾
- 如果循环数组buf已满，这个时候就会走阻塞发送的流程，将当前 goroutine 加入写等待队列，并挂起等待唤醒 接收

发送操作，编译时转换为runtime.chanrecv函数

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

阻塞式：

调用chanrecv函数，并且block=true

<ch

v := <ch

v, ok := <ch

// 当channel关闭时，for循环会自动退出，无需主动监测channel是否关闭，可以防止读取已经关闭的channel,造成读到数据为通道所存储的数据类型的零值
for i := range ch {
    fmt.Println(i)
}

非阻塞式：

调用chanrecv函数，并且block=false

select {
    case <-ch:
    ...

  default
}

向 channel 中接收数据时大概分为两大块，检查和数据发送，而数据接收流程如下：

如果 channel 的写等待队列存在发送者goroutine
- 如果是无缓冲 channel，直接从第一个发送者goroutine那里把数据拷贝给接收变量，唤醒发送的 goroutine
- 如果是有缓冲 channel（已满），将循环数组buf的队首元素拷贝给接收变量，将第一个发送者goroutine的数据拷贝到 buf循环数组队尾，唤醒发送的 goroutine
如果 channel 的写等待队列不存在发送者goroutine
- 如果循环数组buf非空，将循环数组buf的队首元素拷贝给接收变量
- 如果循环数组buf为空，这个时候就会走阻塞接收的流程，将当前 goroutine 加入读等待队列，并挂起等待唤醒

关闭

关闭操作，调用close函数，编译时转换为runtime.closechan函数

close(ch)

func closechan(c *hchan)

channel底层实现 | 青训营笔记

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发送