Channel

• Go 语言中，不通过共享内存实现通信，而通过通信来实现共享内存

• Go 语言的 CSP（通信顺序进程）并发模型，是通过 goroutine 和 channel 实现的

• channel 遵守 FIFO 原则，分为有缓冲区和无缓冲区

• 假设 ch 是函数栈上的一个指针，其指向堆中的 hchan 数据结构

  • hchan 支持多个协程的并发访问，所以包含一把互斥锁
  • 包含缓冲区指针（缓冲区是一个数组）
  • 包含已经存储了多少数据
  • 包含最多能存储多少数据
  • 包含每个元素占多大空间
  • 因为内存复制、gc 等机制依赖于数据类型，所以包含一个指针指向元素类型的类型元数据
  • 包含发送、接受队列和发送、接收下标
  • 包含关闭状态

  type hchan struct {
      qcount   uint           // 已经存储的元素数量
      dataqsiz uint           // 最多存储的元素数量
      buf      unsafe.Pointer // 缓冲区（循环数组）指针
      elemsize uint16         // 每个元素的大小
  
      closed   uint32  	    // 关闭标志
      elemtype *_type         // 元素类型的类型元数据指针
  
      sendx    uint           // 下一次发送数据的下标
      recvx    uint           // 下一次读取数据的下标
  
      recvq    waitq  		// 接受队列
      sendq    waitq  		// 发送队列
  
      lock mutex 				// 互斥锁，支持多协程访问
  }
  

• 缓冲区是一个环形缓冲区 Ring Buffer

• 发送数据时，

  • 不发生阻塞的情况：缓冲区非空且有空闲区域、缓冲区为空且有协程等待接收数据
  • 会发生阻塞的情况：channel 为 nil、缓冲区为空且没有协程等待接收数据、缓冲区满了且没有协程等待接收数据
  • 可以使用 select + default 的非阻塞式写法

  select {
  case ch<- 10:
  // ...
  default:
  // ...
  }
  

• 接收数据时，

  • 不发生阻塞的情况：缓冲区非空有数据、缓冲区为空且有协程等待发送数据
  • 会发生阻塞的情况：channel 为 nil、缓冲区为空且没有协程等待发送数据、有缓冲区但没有数据且没有协程等待发送数据
  • 也可以使用 select + default 的非阻塞写法

• 多路 select 中，每个 case 可以是一个 channel 的发送 或 接受操作，其中 default 可选

select {
case a = <-ch1:
// ...
case ch2 <- b
}

• 用 channel 共享内存可以解耦生产者和消费者，但容易引发阻塞甚至死锁