简单的示例
package main
func main() {
ch := make(chan string, 1)
ch <- "1234"
println(<-ch)
}
_type 类型
type _type struct {
size uintptr // 类型的大小,以字节为单位。
ptrdata uintptr //指针数据的大小,即内存前缀中存储指针的部分的大小。
hash uint32 // 类型的哈希值,用于在运行时进行类型检查和映射
tflag tflag // 类型标志,包含关于类型的一些附加信息,如是否可寄存(can be stored in Eface)等
align uint8 // 类型的对齐方式,以字节为单位。
fieldAlign uint8
kind uint8 // 类型的种类,表示 Go 语言中的基本类型(int、float、pointer 等)。
equal func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool // 用于比较两个对象是否相等的函数。
// gcdata stores the GC type data for the garbage collector.
// If the KindGCProg bit is set in kind, gcdata is a GC program.
// Otherwise it is a ptrmask bitmap. See mbitmap.go for details.
gcdata *byte // 垃圾回收器(GC)类型数据,如果 kind 的 KindGCProg 位被设置,gcdata 是一个 GC 程序,否则是一个指向位图的指针。
str nameOff // 类型的名称在字符串表中的偏移量。
ptrToThis typeOff // 指向此类型的指针的类型偏移量
}
下面是一个chan类型的值数据
- : runtime._type :
- size: 16 = 0x10
- ptrdata: 8 = 0x8
- hash: 125357496 = 0x778cdb8
- tflag: tflagUncommon|tflagExtraStar|tflagNamed (7) = 0x0
- align: 8 = 0x8
- fieldAlign: 8 = 0x8
- kind: 24 = 0x18 // chan类型
- equal: runtime.strequal
- gcdata: *1
- : 1 = 0x1
- str: 1843
- ptrToThis: 14656
kind的类型枚举: kind: 1 表示 bool 类型。
kind: 2 表示 int 类型。
kind: 3 表示 int8 类型。
kind: 4 表示 int16 类型。
kind: 5 表示 int32 类型。
kind: 6 表示 int64 类型。
kind: 7 表示 uint 类型。
kind: 8 表示 uint8 类型。
kind: 9 表示 uint16 类型。
kind: 10 表示 uint32 类型。
kind: 11 表示 uint64 类型。
kind: 12 表示 uintptr 类型。
kind: 13 表示 float32 类型。
kind: 14 表示 float64 类型。
kind: 15 表示 complex64 类型。
kind: 16 表示 complex128 类型。
kind: 17 表示 array 类型。
kind: 18 表示 chan 类型。
kind: 19 表示 func 类型。
kind: 20 表示 interface 类型。
kind: 21 表示 map 类型。
kind: 22 表示 ptr 类型。
kind: 23 表示 slice 类型。
kind: 24 表示 chan 类型。
kind: 25 表示 string 类型。
kind: 26 表示 struct 类型。
kind: 27 表示 unsafe.Pointer 类型。
chantype 类型
type chantype struct {
typ _type // 字段表示通道类型本身的信息,是一个 _type 结构体。这包括了通道的基本类型信息,如大小、对齐等
elem *_type //字段表示通道中元素的类型信息,也是一个 _type 结构体。通道是类型安全的,因此它存储了通道中元素的类型。elem 字段指向通道中元素的类型信息。
dir uintptr //字段表示通道的方向,是一个 uintptr 类型。通道可以是单向的(发送或接收)或双向的。dir 字段用于表示通道的方向信息,具体的数值和方向的对应关系可以参考下面的说明。
}
hchan
type hchan struct {
qcount uint // 队列中的总数据
dataqsiz uint // 循环队列的大小
buf unsafe.Pointer // 指向 dataqsiz 元素的数组
elemsize uint16
closed uint32
elemtype *_type // 元素类型
sendx uint // 发送索引
recvx uint // 接收索引
recvq waitq // 接收服务员列表
sendq waitq // 发送服务员名单
// 锁保护 hchan 中的所有字段,以及在该通道上阻塞的 sudogs 中的几个字段。
// 持有此锁时不要更改另一个 g 的状态(特别是不要准备好 g),因为这可能会因堆栈收缩而导致死锁。
lock mutex
}
在 Go 语言中,chan 的缓冲区(buffer)是由一个带有元素的环形队列(ring buffer)实现的数据结构。这个环形队列用于存储在通道中传递的元素。
当通道被创建时,可以选择指定通道的容量,即缓冲区的大小。这个容量决定了通道可以同时存储的元素数量。
缓冲区的实现是基于数组的,它包含以下几个关键属性:
buf 数组:
用于存储通道元素的数组。这个数组是一个环形队列,当队列的尾部到达数组的末尾时,会绕回到数组的开头。这样实现可以有效地利用有限的内存空间。
sendx 和 recvx 指针:
sendx 是指向下一个要写入的位置的指针,而 recvx 是指向下一个要读取的位置的指针。这两个指针在缓冲区的数组上移动,以实现环形队列的效果。
qcount:
表示当前缓冲区中存储的元素数量。当一个元素被发送到通道时,qcount 会增加;当一个元素被从通道接收时,qcount 会减少。这个值被用于判断缓冲区是否已满或为空。
缓冲区的实现使得通道在发送和接收元素时可以进行非阻塞的操作,只有在缓冲区满时发送操作会阻塞,只有在缓冲区空时接收操作会阻塞。
这里是一个简化的示意图,表示一个容量为 3 的缓冲区:
|-----------------|
| | | | |
|-----------------|
^ ^
sendx recvx
创建chan
ch := make(chan string, 1)
makechan(t *chantype, size int) *hchan
// makechan
// t *chantype 描述channel对象, 和反射获取到的type是一样的
// size int 需要初始化的channel的大小
func makechan(t *chantype, size int) *hchan {
elem := t.elem
// 编译器会检查这一点,但要安全。
if elem.size >= 1<<16 {
throw("makechan: invalid channel element type")
}
// 判断对齐是否符合
if hchanSize%maxAlign != 0 || elem.align > maxAlign {
throw("makechan: bad alignment")
}
// 使用 math.MulUintptr 计算通道元素的大小 (elem.size) 乘以缓冲区大小 (size) 的总内存大小。同时,检查是否溢出。
mem, overflow := math.MulUintptr(elem.size, uintptr(size))
if overflow || mem > maxAlloc-hchanSize || size < 0 {
panic(plainError("makechan: size out of range"))
}
// 当 buf 中存储的元素不包含指针时,hchan 不包含 gc 感兴趣的指针。
// buf 指向相同的分配,elemtype 是持久的。
// sudog 是从其所属线程引用的,因此无法收集它们。
// todo(dvyukov,rlh):重新考虑收集器何时可以移动分配的对象。
var c *hchan
switch {
case mem == 0:
// 队列或元素大小为零。
c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize, nil, true))
// 竞争检测器使用此位置进行同步。
c.buf = c.raceaddr()
case elem.ptrdata == 0:
// 元素不包含指针。
// 在一次调用中分配 hchan 和 buf。
c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize+mem, nil, true))
c.buf = add(unsafe.Pointer(c), hchanSize)
default:
// 元素包含指针。
c = new(hchan)
c.buf = mallocgc(mem, elem, true)
}
c.elemsize = uint16(elem.size)
c.elemtype = elem
c.dataqsiz = uint(size)
lockInit(&c.lock, lockRankHchan)
if debugChan {
print("makechan: chan=", c, "; elemsize=", elem.size, "; dataqsiz=", size, "\n")
}
return c
}
发送数据到chan
ch <- "1234"
/*
* 通用单通道发送/接收
* 如果块不为零,
* 那么协议将不会
* 休眠,但如果它可能
* 未完成则返回。
*
* 当涉及睡眠的通道已关闭时,睡眠可以通过 g.param == nil 唤醒。 * 循环并重新运行该操作是最简单的;我们会看到它现在已经关闭了。
*/
func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {
if c == nil {
if !block {
return false
}
gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2)
throw("unreachable")
}
if debugChan {
print("chansend: chan=", c, "\n")
}
if raceenabled {
racereadpc(c.raceaddr(), callerpc, abi.FuncPCABIInternal(chansend))
}
// 快速路径:检查在不获取锁的情况下是否发生了非阻塞操作失败。
//
// 在观察到通道未关闭的情况下,我们观察到通道不准备进行发送操作。这两个观察分别是对 c.closed 和 full() 的单字(word-sized)读取。
// 由于关闭的通道无法从“准备发送”状态过渡到“不准备发送”状态,即使在两个观察之间通道被关闭,它们也意味着在这两次观察之间存在一个瞬间,
// 此时通道既未关闭又不准备发送。我们将其视为我们在那一刻观察到了通道,并报告发送无法继续。
//
// 这里的读取操作重排序是可以的:如果我们观察到通道不准备发送,然后观察到通道没有关闭,那就意味着在第一次观察时通道没有关闭。
// 但是,这里没有保证前进。我们依赖 chanrecv() 和 closechan() 中锁释放的副作用来更新该线程对 c.closed 和 full() 的视图。
if !block && c.closed == 0 && full(c) {
return false
}
var t0 int64
if blockprofilerate > 0 {
t0 = cputicks()
}
lock(&c.lock)
if c.closed != 0 {
unlock(&c.lock)
panic(plainError("send on closed channel"))
}
if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil {
// Found a waiting receiver. We pass the value we want to send
// directly to the receiver, bypassing the channel buffer (if any).
send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3)
return true
}
if c.qcount < c.dataqsiz {
// Space is available in the channel buffer. Enqueue the element to send.
qp := chanbuf(c, c.sendx)
if raceenabled {
racenotify(c, c.sendx, nil)
}
typedmemmove(c.elemtype, qp, ep)
c.sendx++
if c.sendx == c.dataqsiz {
c.sendx = 0
}
c.qcount++
unlock(&c.lock)
return true
}
if !block {
unlock(&c.lock)
return false
}
// Block on the channel. Some receiver will complete our operation for us.
gp := getg()
mysg := acquireSudog()
mysg.releasetime = 0
if t0 != 0 {
mysg.releasetime = -1
}
// No stack splits between assigning elem and enqueuing mysg
// on gp.waiting where copystack can find it.
mysg.elem = ep
mysg.waitlink = nil
mysg.g = gp
mysg.isSelect = false
mysg.c = c
gp.waiting = mysg
gp.param = nil
c.sendq.enqueue(mysg)
// Signal to anyone trying to shrink our stack that we're about
// to park on a channel. The window between when this G's status
// changes and when we set gp.activeStackChans is not safe for
// stack shrinking.
gp.parkingOnChan.Store(true)
gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 2)
// Ensure the value being sent is kept alive until the
// receiver copies it out. The sudog has a pointer to the
// stack object, but sudogs aren't considered as roots of the
// stack tracer.
KeepAlive(ep)
// someone woke us up.
if mysg != gp.waiting {
throw("G waiting list is corrupted")
}
gp.waiting = nil
gp.activeStackChans = false
closed := !mysg.success
gp.param = nil
if mysg.releasetime > 0 {
blockevent(mysg.releasetime-t0, 2)
}
mysg.c = nil
releaseSudog(mysg)
if closed {
if c.closed == 0 {
throw("chansend: spurious wakeup")
}
panic(plainError("send on closed channel"))
}
return true
}
接收数据
因为没有竞争关系,所以只会进入到直接从队列接收的代码
println(<-ch)
// chanrecv receives on channel c and writes the received data to ep.
// ep may be nil, in which case received data is ignored.
// If block == false and no elements are available, returns (false, false).
// Otherwise, if c is closed, zeros *ep and returns (true, false).
// Otherwise, fills in *ep with an element and returns (true, true).
// A non-nil ep must point to the heap or the caller's stack.
func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) {
// raceenabled: don't need to check ep, as it is always on the stack
// or is new memory allocated by reflect.
if debugChan {
print("chanrecv: chan=", c, "\n")
}
if c == nil {
if !block {
return
}
gopark(nil, nil, waitReasonChanReceiveNilChan, traceEvGoStop, 2)
throw("unreachable")
}
// Fast path: check for failed non-blocking operation without acquiring the lock.
if !block && empty(c) {
// After observing that the channel is not ready for receiving, we observe whether the
// channel is closed.
//
// Reordering of these checks could lead to incorrect behavior when racing with a close.
// For example, if the channel was open and not empty, was closed, and then drained,
// reordered reads could incorrectly indicate "open and empty". To prevent reordering,
// we use atomic loads for both checks, and rely on emptying and closing to happen in
// separate critical sections under the same lock. This assumption fails when closing
// an unbuffered channel with a blocked send, but that is an error condition anyway.
if atomic.Load(&c.closed) == 0 {
// Because a channel cannot be reopened, the later observation of the channel
// being not closed implies that it was also not closed at the moment of the
// first observation. We behave as if we observed the channel at that moment
// and report that the receive cannot proceed.
return
}
// The channel is irreversibly closed. Re-check whether the channel has any pending data
// to receive, which could have arrived between the empty and closed checks above.
// Sequential consistency is also required here, when racing with such a send.
if empty(c) {
// The channel is irreversibly closed and empty.
if raceenabled {
raceacquire(c.raceaddr())
}
if ep != nil {
typedmemclr(c.elemtype, ep)
}
return true, false
}
}
var t0 int64
if blockprofilerate > 0 {
t0 = cputicks()
}
lock(&c.lock)
if c.closed != 0 {
if c.qcount == 0 {
if raceenabled {
raceacquire(c.raceaddr())
}
unlock(&c.lock)
if ep != nil {
typedmemclr(c.elemtype, ep)
}
return true, false
}
// The channel has been closed, but the channel's buffer have data.
} else {
// Just found waiting sender with not closed.
if sg := c.sendq.dequeue(); sg != nil {
// Found a waiting sender. If buffer is size 0, receive value
// directly from sender. Otherwise, receive from head of queue
// and add sender's value to the tail of the queue (both map to
// the same buffer slot because the queue is full).
recv(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3)
return true, true
}
}
if c.qcount > 0 {
// 直接从队列接收
qp := chanbuf(c, c.recvx)
if raceenabled {
racenotify(c, c.recvx, nil)
}
if ep != nil {
//附值给对应的参数
typedmemmove(c.elemtype, ep, qp)
}
typedmemclr(c.elemtype, qp)
c.recvx++
if c.recvx == c.dataqsiz {
c.recvx = 0
}
c.qcount--
unlock(&c.lock)
return true, true
}
if !block {
unlock(&c.lock)
return false, false
}
// 没有可用的发送者:阻止此通道。
gp := getg()
mysg := acquireSudog()
mysg.releasetime = 0
if t0 != 0 {
mysg.releasetime = -1
}
// 分配 elem 和入队 mysg 之间没有堆栈分割
// 在 gp.waiting 上,copystack 可以找到它。
mysg.elem = ep
mysg.waitlink = nil
gp.waiting = mysg
mysg.g = gp
mysg.isSelect = false
mysg.c = c
gp.param = nil
c.recvq.enqueue(mysg)
// 向任何试图缩小堆栈的人发出信号,表明我们即将停在通道上。
// 这个 g 的状态发生变化和我们设置 gp.active stack chans 之间的窗口对于堆栈收缩来说是不安全的。
gp.parkingOnChan.Store(true)
gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanReceive, traceEvGoBlockRecv, 2)
// someone woke us up
if mysg != gp.waiting {
throw("G waiting list is corrupted")
}
gp.waiting = nil
gp.activeStackChans = false
if mysg.releasetime > 0 {
blockevent(mysg.releasetime-t0, 2)
}
success := mysg.success
gp.param = nil
mysg.c = nil
releaseSudog(mysg)
return true, success
}