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這篇文章主要介紹“Golang channel如何應(yīng)用”的相關(guān)知識(shí),小編通過(guò)實(shí)際案例向大家展示操作過(guò)程,操作方法簡(jiǎn)單快捷,實(shí)用性強(qiáng),希望這篇“Golang channel如何應(yīng)用”文章能幫助大家解決問(wèn)題。
channel是用于 goroutine 之間的同步、通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
channel 的底層是通過(guò) mutex 來(lái)控制并發(fā)的,但它為程序員提供了更高一層次的抽象,封裝了更多的功能,這樣并發(fā)編程變得更加容易和安全,得以讓程序員把注意力留到業(yè)務(wù)上去,提升開(kāi)發(fā)效率
channel的用途包括但不限于以下幾點(diǎn):
協(xié)程間通信,同步
定時(shí)任務(wù):和timer結(jié)合
解耦生產(chǎn)方和消費(fèi)方,實(shí)現(xiàn)阻塞隊(duì)列
控制并發(fā)數(shù)
Go channel的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示:
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 mutex }
qcount:已經(jīng)存儲(chǔ)了多少個(gè)元素
dataqsie:最多存儲(chǔ)多少個(gè)元素,即緩沖區(qū)容量
buf:指向緩沖區(qū)的位置,實(shí)際上是一個(gè)數(shù)組
elemsize:每個(gè)元素占多大空間
closed:channel能夠關(guān)閉,這里記錄其關(guān)閉狀態(tài)
elemtype:保存數(shù)據(jù)的類(lèi)型信息,用于go運(yùn)行時(shí)使用
sendx,recvx:
記錄下一個(gè)要發(fā)送到的位置,下一次從哪里還是接收
這里用數(shù)組模擬隊(duì)列,這兩個(gè)變量即表示隊(duì)列的隊(duì)頭,隊(duì)尾
因此channel的緩沖也被稱(chēng)為環(huán)形緩沖區(qū)
recvq,sendq:
當(dāng)發(fā)送個(gè)接收不能立即完成時(shí),需要讓協(xié)程在channel上等待,所以有兩個(gè)等待隊(duì)列,分別針對(duì)接收和發(fā)送
lock:channel支持協(xié)程間并發(fā)訪問(wèn),因此需要一把鎖來(lái)保護(hù)
創(chuàng)建channel會(huì)被編譯器編譯為調(diào)用makechan
函數(shù)
// 無(wú)緩沖通道 ch2 := make(chan int) // 有緩沖通道 ch3 := make(chan int, 10)
會(huì)根據(jù)創(chuàng)建的是帶緩存,還是無(wú)緩沖,決定第二個(gè)參數(shù)size的值
可以看出,創(chuàng)建出來(lái)的是hchan指針,這樣就能在函數(shù)間直接傳遞 channel,而不用傳遞 channel 的指針
func makechan(t *chantype, size int) *hchan { elem := t.elem // mem:緩沖區(qū)大小 mem, overflow := math.MulUintptr(elem.size, uintptr(size)) if overflow || mem > maxAlloc-hchanSize || size < 0 { panic(plainError( "makechan: size out of range" )) } var c *hchan switch { // 緩沖區(qū)大小為空,只申請(qǐng)hchanSize大小的內(nèi)存 case mem == 0: c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize, nil, true)) c.buf = c.raceaddr() // 元素類(lèi)型不包含指針,一次性分配hchanSize+mem大小的內(nèi)存 case elem.ptrdata == 0: c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize+mem, nil, true)) c.buf = add(unsafe.Pointer(c), hchanSize) // 否則就是帶緩存,且有指針,分配兩次內(nèi)存 default: // Elements contain pointers. c = new(hchan) c.buf = mallocgc(mem, elem, true) } // 保存元素類(lèi)型,元素大小,容量 c.elemsize = uint16(elem.size) c.elemtype = elem c.dataqsiz = uint(size) lockInit(&c.lock, lockRankHchan) return c }
執(zhí)行以下代碼時(shí):
ch <- 3
編譯器會(huì)轉(zhuǎn)化為對(duì)chansend的調(diào)用
func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool { // 如果channel是空 if c == nil { // 非阻塞,直接返回 if !block { return false } // 否則阻塞當(dāng)前協(xié)程 gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2) throw( "unreachable" ) } // 非阻塞,沒(méi)有關(guān)閉,且容量滿了,無(wú)法發(fā)送,直接返回 if !block && c.closed == 0 && full(c) { return false } // 加鎖 lock(&c.lock) // 如果已經(jīng)關(guān)閉,無(wú)法發(fā)送,直接panic if c.closed != 0 { unlock(&c.lock) panic(plainError( "send on closed channel" )) } // 從接收隊(duì)列彈出一個(gè)協(xié)程的包裝結(jié)構(gòu)sudog if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil { // 如果能彈出,即有等到接收的協(xié)程,說(shuō)明: // 該channel要么是無(wú)緩沖,要么緩沖區(qū)為空,不然不可能有協(xié)程在等待 // 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到該協(xié)程的接收指針上 send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3) return true } // 緩沖區(qū)還有空間 if c.qcount < c.dataqsiz { // qp:計(jì)算要發(fā)送到的位置的地址 qp := chanbuf(c, c.sendx) // 將數(shù)據(jù)從ep拷貝到qp typedmemmove(c.elemtype, qp, ep) // 待發(fā)送位置移動(dòng) c.sendx++ // 由于是數(shù)組模擬隊(duì)列,sendx到頂了需要?dú)w零 if c.sendx == c.dataqsiz { c.sendx = 0 } // 緩沖區(qū)數(shù)量++ c.qcount++ unlock(&c.lock) return true } // 往下就是緩沖區(qū)無(wú)數(shù)據(jù),也沒(méi)有等到接收協(xié)程的情況了 // 如果是非阻塞模式,直接返回 if !block { unlock(&c.lock) return false } // 將當(dāng)前協(xié)程包裝成sudog,阻塞到channel上 gp := getg() mysg := acquireSudog() mysg.releasetime = 0 if t0 != 0 { mysg.releasetime = -1 } mysg.elem = ep mysg.waitlink = nil mysg.g = gp mysg.isSelect = false mysg.c = c gp.waiting = mysg gp.param = nil // 當(dāng)前協(xié)程進(jìn)入發(fā)送等待隊(duì)列 c.sendq.enqueue(mysg) atomic.Store8(&gp.parkingOnChan, 1) gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 2) // 被喚醒后從這里開(kāi)始執(zhí)行 KeepAlive(ep) 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) // 被喚醒后發(fā)現(xiàn)channel關(guān)閉了,panic if closed { if c.closed == 0 { throw( "chansend: spurious wakeup" ) } panic(plainError( "send on closed channel" )) } return true }
整體流程為:
如果當(dāng)前操作為非阻塞,channel沒(méi)有關(guān)閉,且容量滿了,無(wú)法發(fā)送,直接返回
從接收隊(duì)列彈出一個(gè)協(xié)程的包裝結(jié)構(gòu)sudog,如果能彈出,即有等到接收的協(xié)程,說(shuō)明:
該channel要么是無(wú)緩沖,要么緩沖區(qū)為空,不然不可能有協(xié)程在等待
將要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到該協(xié)程的接收指針上,返回
這里直接從發(fā)送者拷貝到接收者的內(nèi)存,而不是先把數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū),再?gòu)木彌_區(qū)拷貝到接收者,節(jié)約了一次內(nèi)存拷貝
否則看看緩沖區(qū)還有空間,如果有,將數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū)上,也返回
接下來(lái)就是既沒(méi)有接收者等待,緩沖區(qū)也為空的情況,就需要將當(dāng)前協(xié)程包裝成sudog,阻塞到channel上
將協(xié)程阻塞到channel的等待隊(duì)列時(shí),將其包裝成了sudog結(jié)構(gòu):
type sudog struct { // 協(xié)程 g *g // 前一個(gè),后一個(gè)指針 next *sudog prev *sudog // 等到發(fā)送的數(shù)據(jù)在哪,等待從哪個(gè)位置接收數(shù)據(jù) elem unsafe.Pointer acquiretime int64 releasetime int64 ticket uint32 isSelect bool success bool parent *sudog // semaRoot binary tree waitlink *sudog // g.waiting list or semaRoot waittail *sudog // semaRoot // 在哪個(gè)channel上等待 c *hchan // channel }
其目的是:
g本身沒(méi)有存儲(chǔ)前一個(gè),后一個(gè)指針,需要用sudog結(jié)構(gòu)包裝才能加入隊(duì)列
elem字段存儲(chǔ)等到發(fā)送的數(shù)據(jù)在哪,等待從哪個(gè)位置接收數(shù)據(jù),用于從數(shù)據(jù)能從協(xié)程到協(xié)程的直接拷貝
來(lái)看看一些子函數(shù):
1.判斷channel是否是滿的
func full(c *hchan) bool { // 無(wú)緩沖 if c.dataqsiz == 0 { // 并且沒(méi)有其他協(xié)程在等待 return c.recvq.first == nil } // 有緩沖,但容量裝滿了 return c.qcount == c.dataqsiz }
2.send方法:
/** c:要操作的channel sg:彈出的接收者協(xié)程 ep:要發(fā)送的數(shù)據(jù)在的位置 */ func send(c *hchan, sg *sudog, ep unsafe.Pointer, unlockf func(), skip int) { // 如果接收者指針不為空,直接把數(shù)據(jù)從ep拷貝到sg.elem if sg.elem != nil { sendDirect(c.elemtype, sg, ep) sg.elem = nil } gp := sg.g unlockf() gp.param = unsafe.Pointer(sg) sg.success = true if sg.releasetime != 0 { sg.releasetime = cputicks() } // 喚醒該接收者協(xié)程 goready(gp, skip+1) }
從channel中接收數(shù)據(jù)有幾種寫(xiě)法:
帶不帶ok
接不接收返回值
根據(jù)帶不帶ok,決定用下面哪個(gè)方法
func chanrecv1(c *hchan, elem unsafe.Pointer) { chanrecv(c, elem, true) } func chanrecv2(c *hchan, elem unsafe.Pointer) (received bool) { _, received = chanrecv(c, elem, true) return }
根據(jù)接不接收返回值,決定elem是不是nil
最終都會(huì)調(diào)用chanrecv方法:
func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) { // 如果channel為nil,根據(jù)參數(shù)中是否阻塞來(lái)決定是否阻塞 if c == nil { if !block { return } gopark(nil, nil, waitReasonChanReceiveNilChan, traceEvGoStop, 2) throw( "unreachable" ) } // 非阻塞,并且channel為空 if !block && empty(c) { // 如果還沒(méi)關(guān)閉,直接返回 if atomic.Load(&c.closed) == 0 { return } // 否則已經(jīng)關(guān)閉, // 如果為空,返回該類(lèi)型的零值 if empty(c) { if ep != nil { typedmemclr(c.elemtype, ep) } return true, false } } lock(&c.lock) // 同樣,如果channel已經(jīng)關(guān)閉,且緩沖區(qū)沒(méi)有元素,返回該類(lèi)型零值 if c.closed != 0 && c.qcount == 0 { unlock(&c.lock) if ep != nil { typedmemclr(c.elemtype, ep) } return true, false } // 如果有發(fā)送者正在阻塞,說(shuō)明: // 1.無(wú)緩沖 // 2.有緩沖,但緩沖區(qū)滿了。因?yàn)橹挥芯彌_區(qū)滿了,才可能有發(fā)送者在等待 if sg := c.sendq.dequeue(); sg != nil { // 將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)拷貝到ep,再將sg的數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū),該函數(shù)詳細(xì)流程可看下文 recv(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3) return true, true } // 如果緩存區(qū)有數(shù)據(jù), if c.qcount > 0 { // qp為緩沖區(qū)中下一次接收的位置 qp := chanbuf(c, c.recvx) // 將數(shù)據(jù)從qp拷貝到ep if ep != nil { 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 } // 接下來(lái)就是既沒(méi)有發(fā)送者在等待,也緩沖區(qū)也沒(méi)數(shù)據(jù) if !block { unlock(&c.lock) return false, false } // 將當(dāng)前協(xié)程包裝成sudog,阻塞到channel中 gp := getg() mysg := acquireSudog() mysg.releasetime = 0 if t0 != 0 { mysg.releasetime = -1 } // 記錄接收地址 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) atomic.Store8(&gp.parkingOnChan, 1) gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanReceive, traceEvGoBlockRecv, 2) // 從這里喚醒 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 }
接收流程如為:
如果channel為nil,根據(jù)參數(shù)中是否阻塞來(lái)決定是否阻塞
如果channel已經(jīng)關(guān)閉,且緩沖區(qū)沒(méi)有元素,返回該類(lèi)型零值
如果有發(fā)送者正在阻塞,說(shuō)明:
要么是無(wú)緩沖
有緩沖,但緩沖區(qū)滿了。因?yàn)?strong>只有緩沖區(qū)滿了,才可能有發(fā)送者在等待
將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)拷貝到ep,再將發(fā)送者的數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū),并喚該發(fā)送者
如果緩存區(qū)有數(shù)據(jù), 則從緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)復(fù)制到ep,返回
接下來(lái)就是既沒(méi)有發(fā)送者在等待,也緩沖區(qū)也沒(méi)數(shù)據(jù)的情況:
將當(dāng)前協(xié)程包裝成sudog,阻塞到channel中
來(lái)看其中的子函數(shù)recv():
/** c:操作的channel sg:阻塞的發(fā)送協(xié)程 ep:接收者接收數(shù)據(jù)的地址 */ func recv(c *hchan, sg *sudog, ep unsafe.Pointer, unlockf func(), skip int) { // 如果是無(wú)緩沖channel,直接將數(shù)據(jù)從發(fā)送者sg拷貝到ep if c.dataqsiz == 0 { if ep != nil { recvDirect(c.elemtype, sg, ep) } // 接下來(lái)是有緩沖,且緩沖區(qū)滿的情況 } else { // qp為channel緩沖區(qū)中,接收者下一次接收的地址 qp := chanbuf(c, c.recvx) // 將數(shù)據(jù)從qp拷貝到ep if ep != nil { typedmemmove(c.elemtype, ep, qp) } // 將發(fā)送者的數(shù)據(jù)從sg.elem拷貝到qp typedmemmove(c.elemtype, qp, sg.elem) c.recvx++ if c.recvx == c.dataqsiz { c.recvx = 0 } // 由于一接收已發(fā)送,緩沖區(qū)還是滿的,因此 c.sendx = c.recvx c.sendx = c.recvx } sg.elem = nil gp := sg.g unlockf() gp.param = unsafe.Pointer(sg) sg.success = true if sg.releasetime != 0 { sg.releasetime = cputicks() } // 喚醒發(fā)送者 goready(gp, skip+1) }
func closechan(c *hchan) { // 不能關(guān)閉空channel if c == nil { panic(plainError( "close of nil channel" )) } lock(&c.lock) // 不能重復(fù)關(guān)閉 if c.closed != 0 { unlock(&c.lock) panic(plainError( "close of closed channel" )) } // 修改關(guān)閉狀態(tài) c.closed = 1 var glist gList // 釋放所有的接收者協(xié)程,并為它們賦予零值 for { sg := c.recvq.dequeue() if sg == nil { break } if sg.elem != nil { typedmemclr(c.elemtype, sg.elem) sg.elem = nil } if sg.releasetime != 0 { sg.releasetime = cputicks() } gp := sg.g gp.param = unsafe.Pointer(sg) sg.success = false glist.push(gp) } // 釋放所有的發(fā)送者協(xié)程 for { sg := c.sendq.dequeue() if sg == nil { break } sg.elem = nil if sg.releasetime != 0 { sg.releasetime = cputicks() } gp := sg.g gp.param = unsafe.Pointer(sg) sg.success = false glist.push(gp) } unlock(&c.lock) // 執(zhí)行喚醒操作 for !glist.empty() { gp := glist.pop() gp.schedlink = 0 goready(gp, 3) } }
關(guān)閉的流程比較簡(jiǎn)單,可以看出:
不能關(guān)閉空channel,不能重復(fù)關(guān)閉channel
先上一把大鎖,接著把所有掛在這個(gè) channel 上的 sender 和 receiver 全都連成一個(gè) sudog 鏈表,再解鎖。最后,再將所有的 sudog 全都喚醒:
接收者:會(huì)收到該類(lèi)型的零值
這里返回零值沒(méi)有問(wèn)題,因?yàn)橹赃@些接收者會(huì)阻塞,就是因?yàn)榫彌_區(qū)沒(méi)有數(shù)據(jù),因此channel關(guān)閉后該接收者收到零值也符合邏輯
發(fā)送者:會(huì)被喚醒,然后panic
因此不能在有多個(gè)sender的時(shí)候貿(mào)然關(guān)閉channel
關(guān)于“Golang channel如何應(yīng)用”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí),可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道,小編每天都會(huì)為大家更新不同的知識(shí)點(diǎn)。
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