channel

channel

简介

channel是goroutine之间通信的重要桥梁，借助channel，能够轻易的写出一个多协程通信程序。

概念

channel是一个通道，用于端到端的数据传输，跟消息队列有点像，只不过channel的发送和接收方都是goroutine对象，属于内存级别的通信。

传统的线程通信方式有很多，共享内存、信号量等，其中共享内存实现较为简单，只需要对变量进行并发控制，加锁即可，但这种在后续业务逐渐复杂时，将很难维护，耦合性也比较强。

后来提出了CSP模型，即在通信双方抽象出中间层，数据的流转在中间层来控制，通信双方只负责数据的发送和接收，从而实现了数据共享，这就是所谓的通过通信来共享内存，channel就是按照这个模型来实现的。

channel在并发操作里，是属于协程安全的。并且遵循了FIFO特性，则先执行读取的goroutine会先获取数据，先发送数据的goroutine会先输入数据。

另外，channel的使用将会引起goroutine的调度调用，会有阻塞和唤起goroutine的情况产生[gopark/goready]。

channel的创建

无缓冲的channel，一旦有goroutine在channel发送数据，那么当前的goroutine会被阻塞住，直到有其他的goroutine消费了channel里面的数据，才能继续运行

ch := make(chan int)

有缓冲的channel，第二个参数表示channel可缓冲的容量，只要当前channel里面的元素总数不大于这个可缓冲容量，则当前的goroutine就不会被阻塞

ch := make(chan int, 2)

分类

• 无缓冲

强同步，发送/接收必须同时就绪[同时进行]。

• 有缓冲

解耦生产、消费速度，避免瞬间阻塞。

状态

• 关闭
• 发送
• 接收

channel的读写

• 写操作

ch := make(chan int)
ch <- 1

• 读操作

data <- ch

• 关闭

close(ch)

注意项

• 当channel被关闭后，如果继续往里面写数据，则会直接panic退出；
• 关闭channel后，还可以读取数据；
• 如果关闭后的channel没有数据可读，将得到零值，即对应类型的默认值；
• 关闭原则
  • 发送方关闭，接收方用for rang读取
  • 不要从接收方关闭channel

判断channel是否被关闭

if v,ok := <-ch; !ok {
    fmt.Println("channel已关闭")
}

channel和select

在写程序时，有时并不单单只会和一个goroutine通信，当需要进行多goroutine通信时，则会使用select写法来管理多个channel的通信数据。

channel和deadlock

往channel里读写数据时，有可能被阻塞住，一旦被阻塞，则需要其他goroutine执行对应的读写操作，才能解除阻塞状态；

然而，阻塞后一直没有发生调度行为，没有可用的goroutine可执行，则会一直卡在这个地方，程序就失去了执行意义，此时，go就会报deadlock错误；

因此，在使用channel时，要注意goroutine的一发一取，避免goroutine永久阻塞。

channel的底层原理

channel创建后，返回hchan结构体，主要字段如下：

type hchan struct {
 qcount   uint   // channel 里的元素计数
 dataqsiz uint   // 可以缓冲的数量，如 ch := make(chan int, 10)。 此处的 10 即 dataqsiz
 elemsize uint16 // 要发送或接收的数据类型大小
 buf      unsafe.Pointer // 当 channel 设置了缓冲数量时，该 buf 指向一个存储缓冲数据的区域，该区域是一个循环队列的数据结构
 closed   uint32 // 关闭状态
 sendx    uint  // 当 channel 设置了缓冲数量时，数据区域即循环队列此时已发送数据的索引位置
 recvx    uint  // 当 channel 设置了缓冲数量时，数据区域即循环队列此时已接收数据的索引位置
 recvq    waitq // 想读取数据但又被阻塞住的 goroutine 队列
 sendq    waitq // 想发送数据但又被阻塞住的 goroutine 队列

 lock mutex
 ...
}

channel在进行读写数据时，会根据有无缓冲设置对应的阻塞唤起动作，他们之间是有区别的。

无缓冲channel

由于对channel的读写先后顺序不同，处理也有有所不同，需要进一步区分。

channel先写后读

暂认为有2个goroutine在使用channel通信，按先写再读的顺序，具体流程如下：

可以看到，由于channel是无缓冲的，所以G1暂时被挂在sendq队列里，然后G1调用了gopark休眠了起来；

接着，又有goroutine来channel读取数据了：

此时，G2发现sendq等待队列里有goroutine存在，于是直接从G1copy数据过来，并且会对G1设置goready函数，这样下次发生调度时，G1就可以继续运行，并且会从等待队列里移除掉。

channel先读再写

G1暂时被挂在recvq队列，然后休眠起来

G2在写数据时，发现recvq队列有goroutine存在，于是直接将数据发送给G1，同时设置G1 goready函数，等待下次调度运行

有缓冲channel

跟无缓冲channel一样，分两种情况

channel先写后读

这次会优先判断缓冲数据区域是否已满，如果未满，将数据保存在缓冲数据区域，即环形队列里，如果已满，则和之前的流程一致[放到sendq等待队列]。

当G2要读取数据时，会优先从缓冲数据区域去读取，并且在读取完之后，会检查sendq队列，如果goroutine有等待队列，则会将它上面的data补充到缓冲数据区域，并且也对其设置goready函数。

channel先读再写

此情况和无缓冲的先读再写一个流程

总结

有无缓冲channel的读写基本相差不大，只是多了缓冲数据区域的判断。

channel在使用的时候大多都和select配合使用，尽管只需要简单的用<-ch和ch<-来读写数据，但是它的底层还是有讲究的，特别是涉及到调度的休眠唤起。