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网站源码哪家好?
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golang chan 最详细原理剖析,全面源码分析!看完不可能不懂的!
大纲
概述
chan 是 golang 的核心结构,是与其他高级语言区别的显著特色之一,也是 goroutine 通信的关键要素。尽管广泛使用,但对其深入理解的人却不多。本文将从源码编译器的视角,全面剖析 channel 的用法。
channel 的本质
从实现角度来看,golang 的 channel 实质上是环形队列(ringbuffer)的实现。我们将 chan 称为管理结构,channel 中可以放置任何类型的对象,称为元素。
channel 的使用方法
我们从 channel 的使用方式入手,详细介绍 channel 的使用方法。
channel 的创建
创建 channel 时,用户通常有两种选择:创建带有缓冲区和不带缓冲区的lua布局助手源码 channel。这对应于 runtime/chan.go 文件中的 makechan 函数。
channel 入队
用户使用姿势:对应函数实现为 chansend,位于 runtime/chan.go 文件。
channel 出队
用户使用姿势:对应函数分别是 chanrecv1 和 chanrecv2,位于 runtime/chan.go 文件。
结合 select 语句
用户使用姿势:对应函数实现为 selectnbsend,位于 runtime/chan.go 文件中。
结合 for-range 语句
用户使用姿势:对应使用函数 chanrecv2,位于 runtime/chan.go 文件中。
源码解析
以上,我们通过宏观的用户使用姿势,了解了不同使用姿势对应的不同实现函数,接下来将详细分析这些函数的实现。
makechan 函数
负责 channel 的创建。在 go 程序中,当我们写类似 v := make(chan int) 的初始化语句时,就会调用不同类型对应的初始化函数,其中 channel 的初始化函数就是 makechen。
runtime.makechan
定义原型:
通过这个,我们可以了解到,声明创建一个 channel 实际上是得到了一个 hchan 的指针,因此 channel 的开源app完整源码核心结构就是基于 hchan 实现的。
其中,t 参数指定元素类型,size 指定 channel 缓冲区槽位数量。如果是带缓冲区的 channel,那么 size 就是槽位数;如果没有指定,那么就是 0。
makechan 函数执行了以下两件事:
1. 参数校验:主要是越界或 limit 的校验。
2. 初始化 hchan:分为三种情况:
所以,我们看到除了 hchan 结构体本身的内存分配,该结构体初始化的关键在于四个字段:
hchan 结构
makechan 函数负责创建了 chan 的核心结构-hchan,接下来我们将详细分析 hchan 结构体本身。
在 makechan 中,初始化时实际上只初始化了四个核心字段:
我们使用 channel 时知道,channel 常常会因为两种情况而阻塞:1)投递时没有空间;2)取出时还没有元素。
从以上描述来看,就涉及到 goroutine 阻塞和 goroutine 唤醒,这个功能与 recvq,sendq 这两个字段有关。
waitq 类型实际上是一个双向列表的实现,与 linux 中的 LIST 实现非常相似。
chansend 函数
chansend 函数是在编译器解析到 c <- x 这样的代码时插入的,本质上就是把一个用户元素投递到 hchan 的 ringbuffer 中。chansend 调用时,一般用户会遇到两种情况:
接下来,我们看看 chansend 究竟做了什么。
当我们在 golang 中执行 c <- x 这样的代码,意图将一个元素投递到 channel 时,实际上调用的是 chansend 函数。这个函数分几个场景来处理,总结来说:
关于返回值:chansend 返回值标明元素是否成功入队,成功则返回 true,否则 false。
select 的提前揭秘:
golang 源代码经过编译会变成类似如下:
而 selectnbasend 只是一个代理:
小结:没错,chansend 功能就是这么简单,本质上就是一句话:将元素投递到 channel 中。
chanrecv 函数
对应的 golang 语句是 <- c。该函数实现了 channel 的元素出队功能。举个例子,编译对应一般如下:
golang 语句:
对应:
golang 语句(这次的区别在于是否有返回值):
对应:
编译器在遇到 <- c 和 v, ok := <- c 的语句时,会换成对应的 chanrecv1,chanrecv2 函数,这两个函数本质上都是一个简单的封装,元素出队的实现函数是 chanrecv,我们详细分析这个函数。
chanrecv 函数的返回值有两个值,selected,received,其中 selected 一般作为 select 结合的函数返回值,指明是否要进入 select-case 的代码分支,received 表明是否从队列中成功获取到元素,有几种情况:
selectnbsend 函数
该函数是 c <- v 结合到 select 时的函数,我们使用 select 的 case 里面如果是一个 chan 的表达式,那么编译器会转换成对应的 selectnbsend 函数,如下:
对应编译函数逻辑如下:
selectnbsend 本质上也就是个 chansend 的封装:
chansend 的内部逻辑上面已经详细说明过,唯一不同的就是 block 参数被赋值为 false,也就是说,在 ringbuffer 没有空间的情况下也不会阻塞,直接返回。划重点:chan 在这里不会切走执行权限。
selectnbrecv 函数
该函数是 v := <- c 结合到 select 时的函数,我们使用 select 的 case 里面如果是一个 chan 的表达式,那么编译器会转换成对应的 selectnbsrecv 函数,如下:
对应编译函数逻辑如下:
selectnbrecv 本质上也就是个 chanrecv 的封装:
chanrecv 的内部逻辑上面已经详细说明过,在 ringbuffer 没有元素的情况下也不会阻塞,直接返回。这里不会因此而切走调度权限。
selectnbrecv2 函数
该函数是 v, ok = <- c 结合到 select 时的函数,我们使用 select 的 case 里面如果是一个 chan 的表达式,那么编译器会转换成对应的 selectnbrecv2 函数,如下:
对应编译函数逻辑如下:
selectnbrecv2 本质上是个 chanrecv 的封装,只不过返回值不一样而已:
chanrecv 的内部逻辑上面已经详细说明过,在 ringbuffer 没有元素的情况下也不会阻塞,直接返回。这里不会因此而切走调度权限。selectnbrecv2 与 selectnbrecv 函数的不同之处在于还有一个 ok 参数指明是否获取到了元素。
chanrecv2 函数
chan 可以与 for-range 结合使用,编译器会识别这种语法。如下:
这个本质上是个 for 循环,我们知道 for 循环关键是拆分成三个部分:初始化、条件判断、条件递进。
那么在我们 for-range 和 chan 结合起来之后,这三个关键因素又是怎么理解的呢?简述如下:
init 初始化:无
condition 条件判断:
increment 条件递进:无
当编译器遇到上面 chan 结合 for-range 写法时,会转换成 chanrecv2 的函数调用。目的是从 channel 中出队元素,返回值为 received。首先看下 chanrecv2 的实现:
chan 结合 for-range 编译之后的伪代码如下:
划重点:从这个实现中,我们可以获取一个非常重要的信息,for-range 和 chan 的结束条件只有这个 chan 被 close 了,否则一直会处于这个死循环内部。为什么?注意看 chanrecv 接收的参数是 block=true,并且这个 for-range 是一个死循环,除非 chanrecv2 返回值为 false,才有可能跳出循环,而 chanrecv2 在 block=true 场景下返回值为 false 的唯一原因只有:这个 chan 是 close 状态。
总结
golang 的 chan 使用非常简单,这些简单的语法糖背后其实都是对应了相应的函数实现,这个翻译由编译器来完成。深入理解这些函数的实现,对于彻底理解 chan 的使用和限制条件是必不可少的。深入理解原理,知其然知其所以然,你才能随心所欲地使用 golang。
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