Go 底层/特性解析

对Channel的使用方法和底层机制进行记录。

1 数据结构

channel 的内部实现是在src/runtime/chan.go文件里的 hchan 结构体。很多别的 builtin 函数，结构的源代码也在这个位置。

总体上来说，channel 是利用了一个环形数组来以队列的形式存储管道里的数据（之后所说的环形数组、队列和缓冲区，所指的就是这个数据结构），并且利用两个队列来存储等待中的待读协程和待写协程。

一个 channel，其内部有如下数据：

go
type hchan struct {
	qcount   uint           // total data in the queue
	dataqsiz uint           // size of the circular queue
	buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements
	elemsize uint16
	closed   uint32
	elemtype *_type // element type
	sendx    uint   // send index
	recvx    uint   // receive index
	recvq    waitq  // list of recv waiters
	sendq    waitq  // list of send waiters

	// 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
}

qcount，uint，当前队列中剩余的元素个数。
dataqsiz，uint，环形数组长度，即总共可以存放的元素个数（make时传入的那个长度）。
buf，unsafe.Pointer，指向环形数组的那个指针。
elemsize，uint16，环形数组中每个元素的大小（或者说创建channel时指定的类型的实例的大小）。
closed，uint32，用于标识channel是否关闭。
elemtype，*_type，元素类型。
sendx，uint，队列下标，它所指向的是元素写入时应该被存放的位置。
recvx，uint，同sendx，但是指向的是要被读取元素的位置。
recvq，waitq，等待读取的被阻塞的协程队列。
sendq，waitq，等待写入的被阻塞的协程队列。
lock，mutex，互斥锁。在同一时刻下，channel。只会被一个协程读写。

创建 channel 时，所调用的make(chan int，10)语句中，int 对应的即为 elemtype，10对应的即为dataqsiz 。

2 使用方法

初始化

初始化一个 channel 有两种方法：var c chan int，该 channel 会被初始化为 nil；c := make(chan int，10)，它会创建一个对应的 channel 赋值给c，该 channel 是有缓冲区的。如果传入 make 函数的长度为0，那么该 channel 是无缓冲区的。

操作符

<- 为channel的操作符。如果 channel 变量在左表示数据进入 channel ，反之 channel 变量在右则表示数据从 channel 中读取。该操作符还可以限制 channel 的读写类型。函数参数中可以有<- channel类型的参数和channel <-类型的参数，分别是在函数内只能读和只能写的 channel。

另外，从上文的数据结构中可以看出来，go 的底层并没有对 channel 的读写做限制，所以这里只是一个类型限制。

读写数据

如果是无缓冲区的 channel，那么读写只有在存在另一个协程进行对应的操作时才不会被阻塞，反之，都会被阻塞。假设有a，b两个协程和c这个无缓冲区的 channel，a先试图向c中写入数据，那么a会被阻塞，直到b来读取c的数据时被唤醒；反之，b先来读取数据的时候也会被阻塞，直到a来写入数据时被唤醒。
如果是有缓冲区的channel，在channel自身的数据没存满缓冲区时，写不会被阻塞。如果数据已经存满缓冲区，那么写操作和无缓冲区的channel相同。类似的，如果缓冲区内没有数据，那么读取操作也和无缓冲区channel相同。
如果channel未被初始化，那么无论读写都会被永久阻塞。
读取数据有两种方式：a := <- c和 a, ok := <- c。ok变量用于指示数据是否读取成功，但并不指示 channel 是否关闭。如果 channel 为开启状态，那么读取要么有数据要么阻塞。反之，channel 为关闭状态，如果 channel 内还有数据，那么读取成功。只有在 channel 被关闭且 channel 内无数据，ok才会为false。

关闭channel

可以通过 close 函数来关闭一个 channel，关闭之后的 channel 仍然可读，但是试图写入会引发 panic。

其他操作

len 函数可以获取 channel 内部元素的个数，cap 函数可以获取 channel 缓冲区大小。

3 读写原理

互斥锁加锁解锁就不说了，每次操作都会有。

channel 在写入时如果缓冲区有空间可以写，那么数据会进入缓冲区。反之，如果没有空间，那么协程会进入等待写入队列并且被休眠。如果等待读取队列不为空，那么数据会直接返回给等待读取的协程，而不进入缓冲区。

相同的，对 channel 进行读取时，如果缓冲区有数据可以读，那就从缓冲区取出数据，否则，读取协程进入等待队列睡眠，等待唤醒。如果待写队列不为空，那么数据会直接进入读取协程，不再进入缓冲区。

关闭 channel 时，待读队列内的所有协程会被唤醒，并且获取到 channel 对应类型的默认值；待写队列内的所有协程也会被唤醒，但是会引发 panic。如果关闭一个已经被关闭的 channel，也会引发 panic。

4 其他信息

for-range 语句可以用于从 channel 中读取数据，channel 中没有数据时该协程会被阻塞。
select 可以用于监控多个 channel，当其中一个 channel 可用时触发对应分支，否则进入 default。
缓冲区长度为1的 channel，可以当互斥锁用。没有缓冲区的 channel，可以当作两个 goroutine 进行同步的小工具。

目录

1 数据结构

2 使用方法

3 读写原理

4 其他信息