信道是一個goroutine之間很關鍵的通信媒介。
理解golang的信道很重要，這裏記錄平時易忘記的、易混淆的點。
1. 基本使用
剛聲明的信道，零值爲nil，無法直接使用，需配合make函數進行初始化
ic := make(chan int)
ic <-22 // 向無緩衝信道寫入數據
v := <-ic // 從無緩衝信道讀取數據
- 無緩衝信道： 一手交錢，一手交貨， sender、receiver必須同時做好動作，才能完成發送->接收；否則，先準備好的一方將會阻塞等待。
- 有緩衝信道 make(chan int,10)：滑軌流水線，因爲存在緩衝空間，故並不強制sender、receiver必須同時準備好；當通道滿時， 依舊會阻塞。
信道存在三種狀態： nil， active， closed
針對這三種狀態，sender、receiver有一些行爲，我也不知道如何強行記憶這些行爲 ☹️：
| 動作 | nil | active | closed |
|---|---|---|---|
| close | panic | 成功 | panic |
| ch <- | 死鎖 | 阻塞或成功 | panic |
| <-ch | 死鎖 | 阻塞或成功 | 零值 |
2. 從1個例子看chan的實質
package main
import (
"fmt"
)
func SendDataToChannel(ch chan int, value int) {
fmt.Printf("ch's value：%v, chan's type: %T \n", ch, ch) // %v 顯示struct的值；%T 顯示類型
ch <- value
}
func main() {
var v int
ch := make(chan int)
fmt.Printf("ch's value：%v, chan's type: %T \n", ch, ch)
go SendDataToChannel(ch, 101) // 通過信道發送數據
v = <-ch // 從信道接受數據
fmt.Println(v) // 101
}
能正確打印101。
Q1: 剛學習golang的時候，一直給我們灌輸golang函數是值傳遞，那上例在另外一個協程內部對形參的操作，爲什麼會影響外部的實參？
請關注格式化字符的日誌輸出：
ch's value：0xc000018180, chan's type: chan int
ch's value：0xc000018180, chan's type: chan int
101
A: 上面的日誌顯示傳遞的ch是一個指針值0xc000018180，類型是chan int( 這並不是說ch是指向chan int類型的指針)。
chan int本質就是指向hchan結構體的指針。
內置函數make創建信道： func makechan(t *chantype, size int) *hchan返回了指向hchan結構體的指針：
type hchan struct {
qcount uint // 隊列中已有的緩存元素的長度
dataqsiz uint // 環形隊列的長度
buf unsafe.Pointer // 環形隊列的地址
elemsize uint16
closed uint32
elemtype *_type // 元素類型
sendx uint // 待發送的元素索引
recvx uint // 待接受元素索引
recvq waitq // 阻塞等待的goroutine
sendq waitq // 阻塞等待的gotoutine
// lock protects all fields in hchan, as well as several
// fields in sudogs blocked on this channel.
//
// Do not change another G's status while holding this lock
// (in particular, do not ready a G), as this can deadlock
// with stack shrinking.
lock mutex
}
Q2： 緩衝信道內部爲什麼要使用環形隊列？
A：golang是使用數組來實現信道隊列，在不移動元素的情況下， 隊列會出現“假滿”的情況，
在做成環形隊列的情況下， 所有的入隊出隊操作依舊是 O(1)的時間複雜度，同時元素空間可以重複利用。
需要使用sendIndex，receIndex來標記實際的待插入/拉取位置，顯而易見會出現 sendIndex<=receIndex 的情況。
recvq,recev是由鏈表實現的隊列，用於存儲阻塞等待的goroutine和待發送/待接收值，
這兩個結構也是阻塞goroutine被喚醒的準備條件。
3. 發送/接收的細節
① 不要使用共享內存來通信，而是使用通信來共享內存
元素值從外界進入信道會被複制，也就是說進入信道的是元素值的副本，並不是元素本身進入信道 (出信道類似)。
金玉良言落到實處：不同的線程不共享內存、不用鎖，線程之間通訊用channel同步也用channel。
發送/接收數據的兩個動作(G1,G2,G3)沒有共享的內存，底層通過hchan結構體的buf，使用copy內存的方式進行通信，最後達到了共享內存的目的。
② 根據第①點，發送操作包括：複製待發送值，放置到信道內；
接收操作包括:複製元素值， 放置副本到接收方，刪除原值，以上行爲在全部完成之前都不會被打斷。
所以第①點所說的無鎖，其實指的業務代碼無鎖，信道底層實現還是靠鎖。
以send操作爲例，下面代碼截取自 https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/chan.go#L216
if c.qcount < c.dataqsiz {
// Space is available in the channel buffer. Enqueue the element to send.
qp := chanbuf(c, c.sendx) // 計算出buf中待插入位置的地址
if raceenabled {
racenotify(c, c.sendx, nil)
}
typedmemmove(c.elemtype, qp, ep) // 將元素copy進指定的qp地址
c.sendx++ // 重新計算待插入位置的索引
if c.sendx == c.dataqsiz {
c.sendx = 0
}
c.qcount++
unlock(&c.lock)
return true
}
一個常規的send動作：
- 計算環形隊列的待插入位置的地址
- 將元素copy進指定的qp地址
- 重新計算待插入位置的索引sendx
- 如果待插入位置==隊列長度，說明插入位置已到尾部，需要插入首部。
- 以上動作加鎖
③ 進入等待狀態的goroutine會進入hchan的sendq/recvq列表
調度器將G1、G2置爲waiting狀態，G1、G2進入sendq列表，同時與邏輯處理器分離；
直到有G3嘗試讀取信道內recvx元素，之後將喚醒隊首G1進入runnable狀態，加入調度器的runqueue。
這裏面涉及gopark, goready兩個函數。
如果是無緩衝信道引起的阻塞，將會直接拷貝G1的待發送值到G2的存儲位置
✍️ https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/chan.go#L527
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func SendDataToChannel(ch chan int, value int) {
time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(value))
ch <- value
}
func main() {
var v int
var ch chan int = make(chan int)
go SendDataToChannel(ch, 104) // 通過信道發送數據
go SendDataToChannel(ch, 100) // 通過信道發送數據
go SendDataToChannel(ch, 95) // 通過信道發送數據
go SendDataToChannel(ch, 120) // 通過信道發送數據
time.Sleep(time.Second)
v = <-ch // 從信道接受數據
fmt.Println(v)
time.Sleep(time.Second * 10)
}
Q3：上述代碼大概率穩定輸出95。
A：雖然4個goroutine被啓動的順序不定，但是肯定都阻塞了，阻塞的時機不一樣，被喚醒的是sendq隊首的goroutine，基本可認爲第三個goroutine被首先捕獲進sendq ，應爲是無緩衝信道，將會直接拷貝G3的95給到待接收地址。
4. 業內總結的信道的常規姿勢
無緩衝、緩衝信道的特徵，已經在golang領域形成了特定的套路。
-
當容量爲0時，說明信道中不能存放數據，在發送數據時，必須要求立馬有人接收，此時的信道稱之爲無緩衝信道。
-
當容量爲1時，說明信道只能緩存一個數據，若信道中已有一個數據，此時再往裏發送數據，會造成程序阻塞，利用這點可以利用信道來做鎖。
-
當容量大於1時，信道中可以存放多個數據，可以用於多個協程之間的通信管道，共享資源。
Q4： 爲什麼無緩衝信道不適合做鎖？
A： 我們先思考一下鎖的業務實質： 獲取獨佔標識，並能夠繼續執行； 無緩衝信道雖然可以獲取獨佔標識，但是他阻塞了自身goroutine的執行，所以並不適合實現業務鎖。