循环buffer的实现_Go并发编程-Channel的设计实现

在现代的多核CPU的架构下，基本都会使用并发编程来提高程序的执行速度，在服务端编程，并发编程更是必不可少的。

一、并发控制的思路

在并发的运行模式下，当多个线程或者协程需要访问同一个资源时，为了保证数据的安全，必需要对数据的访问进行控制，即并发控制。并发控制一般有两种思路：

1）通过共享内存的方式进行通信

为了解决线程冲突地访问数据Data，我们需要限制同一时间可以有哪些线程可以访问数据，在实际的开发中，一般是根据具体的业务需求，使用互斥锁、读写锁等来控制的。目前很多的主流编程语言，多个线程传递数据的方式一般都是共享内存。

2）通过通信的方式共享内存

当多个协程（或者线程）需要访问数据Data时，多个协程并不会直接访问数据Data，而是通过Channel来传递数据，协程A把处理好的数据发送到Channel中，协程B再从Channel中接收数据并继续处理。协程A和协程B两者能够独立运行且不存在直接关联，但是能通过 Channel 间接完成通信。

Go语言虽然也提供各种锁的机制，但是同时也提供了Channel这种基于通信的并发控制。个人认为，相对于各种锁的机制，Channel的并发机制更加简单和易于使用。

二、Channel的创建

下面以我们在使用Channel的实际过程中，创建Channel来说明Channel的内部结构及原理。为了方便理解，我把Channel在Go runtime中的结构用图的形式表达了出来，并附上相关的注释，相应的源代码为：runtime/chan.go

type

1）无Buffer Channel

由于是无Buffer Channel，所以buf指向了自己，dataqsiz为0。由于需要保证并发的安全，整个Channel的数据需要在lock的保障下进行读写。

注：sudog是对Goroutine的封装，表示一个等待状态的Goroutine。在创建一个Channel时，recvq和sendq都是空list，这里为了表达运行时的状态，对其进行了赋值，下面的创建方式的示意图也如此。

2）带Buffer Channel（数据类型为非指针）

上图是带Buffer Channel，且Channel的数据类型为int，不是指针类型。可以看到dataqsiz为10，buf指针一块10*sizeof(int)大小的内存，且当前队列是没有数据元素的（qcount为0）。

有意思的是，buf指向的内存，跟hchan结构是一次性分配的，即在内存上buf指向的内存跟hchan是连续的，这个不禁让我联想到C语言中的零数组，作用应该是减少内存分配和回收的次数、减少内存碎片。

3）带Buffer Channel（数据类型为指针）

上图是带Buffer Channel，且Channel的数据类型为*T，是指针类型。可以看到dataqsiz为10，buf指针一块10*sizeof(T)大小的内存，该内存与hchan是不连续的，是单独的一块内存，且当前队列是没有数据元素的（qcount为0）。

4）Channel创建的源代码

func

三、发送数据（ch <- data）

1）无Buffer的Channel：

从recvq中，选择第一个G，并把数据赋值到该G相应的变量中，然后把该G从recvq中移除，并设置为可运行状态，供调度器进行调度；
若没有等待读的G，即recvq为空，则数据写入的G会被阻塞，被加入到sendq中等待

2）带Buffer的Channel：

若recvq不为空，选择第一个G，并把数据赋值到相应的变量存储中，然后把该G从recvq中移除，并设置为可运行状态，供调度器进行调度；
若recvq为空，且循环队列buf可写，把数据写buf中
若recvq为空，且循环队列buf已满，则数据写入的G会被阻塞，被加入到sendq中等待

其实现代码及解释如下：

func

四、接收数据

在Go中，接收数据有两种方式，两种方式的不同之处是，第二种会返回获取数据是否成功，但是两种方式在Go中的处理是一致的，最后者是调用 chanrecv来实现

data

1）无Buffer的Channel：

从sendq中，选择第一个G，并把数据赋值到该G相应的变量中，然后把该G从sendq中移除，并设置为可运行状态，供调度器进行调度；
若没有等待写的G，即sendq为空，则数据读取的G会被阻塞，被加入到recvq中等待

2）带Buffer的Channel：

若sendq不为空，选择第一个G，并把数据赋值到该G相应的变量中，然后把该G从sendq中移除，并设置为可运行状态，供调度器进行调度；
若sendq为空，且循环队列buf不为空，则从buf中读取数据
若sendq为空，且循环队列buf也为空，则数据读取的G会被阻塞，被加入到recvq中等待

数据接收的代码实现与数据发送在实现上差不多，不再分析

五、关闭Channel

关闭Channel，主要工作就是将 recvq 和 sendq 两个队列中的Goroutine加入到 Goroutine 列表 gList 中，标记为可执行，让调度器调试，并清除所有 sudog 上未被处理的元素。

关闭Channel后，数据写入会Panic，如果是带Buffer的Channel，Channel内的数据仍可读。Channel关闭后，hchan的closed为1，所有的读操作都会立即返回。

可以利用关闭Channel所有的读操作会立即返回这一特点，实现一个类似于广播的功能。

// 若channel无数据可读，ok为false；

关闭Channel的处理实现及解释如下：

func

六、总结

Channel 为Go语言的高并发处理提供了强有力的支持，使用了不要通过共享内存的方式进行通信，而是应该通过通信的方式共享内存的设计模式，希望本文能对各位理解Channel提供一点帮助。