深入理解channel:设计+源码

栏目: Go · 发布时间: 5年前

内容简介:channel是大家在Go中用的最频繁的特性,也是Go最自豪的特性之一,你有没有思考过:这篇文章,就来回答这3个问题。在Golang诞生之前,各编程语言都使用多线程进行编程,但多线程复杂、混乱、难以管理,对开发者并不是多么友好。

channel是大家在 Go 中用的最频繁的特性,也是Go最自豪的特性之一,你有没有思考过:

  • Why:为什么要设计channel?
  • What:channel是什么样的?
  • How:channel是如何实现的?

这篇文章,就来回答这3个问题。

channel解决什么问题?

在Golang诞生之前,各编程语言都使用多线程进行编程,但多线程复杂、混乱、难以管理,对开发者并不是多么友好。

Golang是Google为了解决高并发搜索而设计的,它们想使用简单的方式,高效解决并发问题,最后做成了,然后又把Golang开源了出来,以及到处推广,所以Golang自从诞生之初,就风风火火。

从Golang文档中,我们可以知道,为啥Golang设计了channel,以及channel解决了什么问题?

Go Concurrency Patterns:

Concurrency is the key to designing high performance network services. Go's concurrency primitives (goroutines and channels) provide a simple and efficient means of expressing concurrent execution. In this talk we see how tricky concurrency problems can be solved gracefully with simple Go code.

Golang使用 goroutinechannel 简单、高效的解决并发问题, channel解决的是goroutine之间的通信

channel是怎么设计的?

我们以为channel是一个通道:

深入理解channel:设计+源码

实际上,channel的内在是这样的:

深入理解channel:设计+源码

channel设计涉及的数据结构很简单:

  • 基于数组的循环队列,有缓冲的channel用它暂存数据
  • 基于链表的单向队列,用于保存阻塞在此channel上的goroutine

我本来想自己码一篇channel的设计文章,但已经有大牛:Kavya深入分析了Channel的设计,我也相信自己写的肯定不如他好,所以我把 Kavya在Gopher Con上的PPT推荐给你,如果你希望成为Go大牛,你一定要读一下,现在请收藏好

Kavya在Gopher Con上的演讲主题是:理解channel,他并不是教你如何使用channel,而是 把channel的设计和goroutine的调度结合起来,从内在方式向你介绍 。这份PPT足足有80页,包含了大量的动画,非常容易理解,你会了解到:

  • channel的创建
  • 各种场景的发送和接收
  • goroutine的调度
  • goroutine的阻塞和唤醒
  • channel和goroutine在select操作下

Kavya的PPT应该包含了channel的80%的设计思想,但也有一些缺失,需要你阅读源码:

  • channel关闭时,gorontine的处理
  • 创建channel时,不同的创建方法
  • 读channel时的非阻塞操作
  • ...

PPT在此: Understanding Channels ,如果你有心,还可以在这个网站看到Kavya关于goroutine调度的PPT,福利哦:stuck_out_tongue_closed_eyes:。(访问不了请翻墙,或阅读原文从博客文章最下面看Github备份)

channel是怎么实现的?

chan.go 是channel的主要实现文件,只有700行,十分佩服Go团队, 实现的如此精简,却发挥如此大的作用 !!!

看完Kavya的PPT,你已经可以直接看channel的源码了,如果有任何问题,思考一下你也可以想通,如果有任何问题可博客文章留言或公众号私信进行讨论。

另外,推荐一篇在Medium(国外高质量文章社区)上获得500+赞的源码分析文章,非常详细。

文章链接: Diving deep into the golang channels

我学到了什么?

阅读channel源码我学到了一些东西,分享给大家。

channel的4个特性的实现:

  • channel的goroutine安全,是通过mutex实现的。
  • channel的FIFO,是通过循环队列实现的。
  • channel的通信:在goroutine间传递数据,是通过仅共享hchan+数据拷贝实现的。
  • channel的阻塞是通过goroutine自己挂起,唤醒goroutine是通过对方goroutine唤醒实现的。

channel的其他实现:

  • 发送goroutine是可以访问接收goroutine的内存空间的,接收goroutine也是可以直接访问发送goroutine的内存空间的,看 sendDirectrecvDirect 函数。
  • 无缓冲的channel始终都是直接访问对方goroutine内存的方式,把手伸到别人的内存,把数据放到接收变量的内存,或者从发送goroutine的内存拷贝到自己内存。省掉了对方再加锁获取数据的过程。
  • 接收goroutine读不到数据和发送goroutine无法写入数据时,是把自己挂起的,这就是channel的阻塞操作。阻塞的接收goroutine是由发送goroutine唤醒的,阻塞的发送goroutine是由接收goroutine唤醒的,看 goparkgoready 函数在 chan.go 中的调用。
  • 接收goroutine当channel关闭时,读channel会得到0值,并不是channel保存了0值,而是它发现channel关闭了,把接收数据的变量的值设置为0值。
  • channel的操作/调用,是通过reflect实现的,可以看reflect包的 makechan , chansend , chanrecv 函数。

如果阅读 chan_test.go 还会学到一些骚操作,比如:

if <-stopCh {
    // do stop
}

而不是写成:

if stop := <-stopCh; stop {
    // do stop
}

这就是关于channel的设计和实现的分享,希望你通过Kavya的PPT和代码阅读能深入了解channel。

链接

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  2. 本文作者: 大彬
  3. 如果喜欢本文,随意转载,但请保留此原文链接: http://www.lessisbetter.site/2019/03/03/golang-channel-design-and-source/

深入理解channel:设计+源码


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