数据结构
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数据结构
底层数据结构需要看源码,版本为 go 1.9.2:
1type hchan struct {
2 // chan 里元素数量
3 qcount uint
4 // chan 底层循环数组的长度
5 dataqsiz uint
6 // 指向底层循环数组的指针
7 // 只针对有缓冲的 channel
8 buf unsafe.Pointer
9 // chan 中元素大小
10 elemsize uint16
11 // chan 是否被关闭的标志
12 closed uint32
13 // chan 中元素类型
14 elemtype *_type // element type
15 // 已发送元素在循环数组中的索引
16 sendx uint // send index
17 // 已接收元素在循环数组中的索引
18 recvx uint // receive index
19 // 等待接收的 goroutine 队列
20 recvq waitq // list of recv waiters
21 // 等待发送的 goroutine 队列
22 sendq waitq // list of send waiters
23
24 // 保护 hchan 中所有字段
25 lock mutex
26}
关于字段的含义都写在注释里了,再来重点说几个字段:
buf
指向底层循环数组,只有缓冲型的 channel 才有。
sendx
,recvx
均指向底层循环数组,表示当前可以发送和接收的元素位置索引值(相对于底层数组)。
sendq
,recvq
分别表示被阻塞的 goroutine,这些 goroutine 由于尝试读取 channel 或向 channel 发送数据而被阻塞。
waitq
是 sudog
的一个双向链表,而 sudog
实际上是对 goroutine 的一个封装:
1type waitq struct {
2 first *sudog
3 last *sudog
4}
lock
用来保证每个读 channel 或写 channel 的操作都是原子的。
例如,创建一个容量为 6 的,元素为 int 型的 channel 数据结构如下 :
创建
我们知道,通道有两个方向,发送和接收。理论上来说,我们可以创建一个只发送或只接收的通道,但是这种通道创建出来后,怎么使用呢?一个只能发的通道,怎么接收呢?同样,一个只能收的通道,如何向其发送数据呢?
一般而言,使用 make
创建一个能收能发的通道:
1// 无缓冲通道
2ch1 := make(chan int)
3// 有缓冲通道
4ch2 := make(chan int, 10)
通过汇编分析,我们知道,最终创建 chan 的函数是 makechan
:
1func makechan(t *chantype, size int64) *hchan
从函数原型来看,创建的 chan 是一个指针。所以我们能在函数间直接传递 channel,而不用传递 channel 的指针。
具体来看下代码:
1const hchanSize = unsafe.Sizeof(hchan{}) + uintptr(-int(unsafe.Sizeof(hchan{}))&(maxAlign-1))
2
3func makechan(t *chantype, size int64) *hchan {
4 elem := t.elem
5
6 // 省略了检查 channel size,align 的代码
7 // ……
8
9 var c *hchan
10 // 如果元素类型不含指针 或者 size 大小为 0(无缓冲类型)
11 // 只进行一次内存分配
12 if elem.kind&kindNoPointers != 0 || size == 0 {
13 // 如果 hchan 结构体中不含指针,GC 就不会扫描 chan 中的元素
14 // 只分配 "hchan 结构体大小 + 元素大小*个数" 的内存
15 c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize+uintptr(size)*elem.size, nil, true))
16 // 如果是缓冲型 channel 且元素大小不等于 0(大小等于 0的元素类型:struct{})
17 if size > 0 && elem.size != 0 {
18 c.buf = add(unsafe.Pointer(c), hchanSize)
19 } else {
20 // race detector uses this location for synchronization
21 // Also prevents us from pointing beyond the allocation (see issue 9401).
22 // 1. 非缓冲型的,buf 没用,直接指向 chan 起始地址处
23 // 2. 缓冲型的,能进入到这里,说明元素无指针且元素类型为 struct{},也无影响
24 // 因为只会用到接收和发送游标,不会真正拷贝东西到 c.buf 处(这会覆盖 chan的内容)
25 c.buf = unsafe.Pointer(c)
26 }
27 } else {
28 // 进行两次内存分配操作
29 c = new(hchan)
30 c.buf = newarray(elem, int(size))
31 }
32 c.elemsize = uint16(elem.size)
33 c.elemtype = elem
34 // 循环数组长度
35 c.dataqsiz = uint(size)
36
37 // 返回 hchan 指针
38 return c
39}
新建一个 chan 后,内存在堆上分配,大概长这样:
参考资料
【Kavya在Gopher Con 上关于 channel 的设计,非常好】https://speakerd.s3.amazonaws.com/presentations/10ac0b1d76a6463aa98ad6a9dec917a7/GopherCon_v10.0.pdf