golang的select实现原理剖析

写在最前面

select为golang提供了多路IO复用机制，和其他IO复用一样，用于检测是否有读写事件是否ready。

本文将介绍一下golang的select的用法和实现原理。

实现原理

golang实现select的时候，实际上为每一个case语句定义了一个数据结构，select语句块执行的时候，实际上可以类比成对一个case数组处理的代码块（或者函数），然后程序流程转到选中的case块。

case数据结构

源码包src/runtime/select.go:scase定义了表示case语句的数据结构：

type scase struct {
	c           *hchan         // chan
	kind        uint16
	elem        unsafe.Pointer // data element
}

　　scase.c表示当前case语句操作的chan指针，这也表明一个case只能监听一个chan。

　　scase.kind表示当前的chan是可读还是可写channel或者是default。三种类型分别由常量定义：

• caseRecv：case语句中尝试读取scase.c中的数据；
• caseSend：case语句中尝试向scase.c中写入数据；
• caseDefault： default语句

　　scase.elem表示缓冲区地址，跟据scase.kind不同，有不同的用途：

• scase.kind == caseRecv ： scase.elem表示读出channel的数据存放地址；
• scase.kind == caseSend ： scase.elem表示将要写入channel的数据存放地址；

select实现逻辑

源码包src/runtime/select.go:selectgo()定义了select选择case的函数：

// selectgo implements the select statement.
//
// *sel is on the current goroutine's stack (regardless of any
// escaping in selectgo).
//
// selectgo returns the index of the chosen scase, which matches the
// ordinal position of its respective select{recv,send,default} call.
func selectgo(sel *hselect) int {

}

　　其中数据结构hselect如下：

// Select statement header.
// Known to compiler.
// Changes here must also be made in src/cmd/internal/gc/select.go's selecttype.
type hselect struct {
	tcase     uint16   // total count of scase[]
	ncase     uint16   // currently filled scase[]
	pollorder *uint16  // case poll order
	lockorder *uint16  // channel lock order
	scase     [1]scase // one per case (in order of appearance)
}

hselect.tcase存的是scase总数。

hselect.pollorder是保存scase的随机后的序列。以达到随机检测case的目的。

hselect.lockorder是保存的channel地址。所有case语句中channel序列，以达到去重防止对channel加锁时重复加锁的目的。

selectgo返回int，表示选中的scase，也就是ready的channel index。

该函数执行逻辑大致如下：

1. 锁定scase语句中所有的channel

2. 按照随机顺序检测scase中的channel是否ready

　　2.1 如果case可读，则读取channel中数据，解锁所有的channel，然后返回(case index)

　　2.2 如果case可写，则将数据写入channel，解锁所有的channel，然后返回(case index)

　　2.3 所有case都未ready，则解锁所有的channel，然后返回（default index）

3. 所有case都未ready，且没有default语句

　　 3.1 将当前协程加入到所有channel的等待队列

 　　3.2 当将协程转入阻塞，等待被唤醒

4. 唤醒后返回channel对应的case index

　　4.1 如果是读操作，解锁所有的channel，然后返回(case index)

　　4.2 如果是写操作，解锁所有的channel，然后返回(case index)