channel 实现原理
- Goroutine 和 channel 是 Go 语言并发编程的 两大基石。Goroutine 用于执行并发任务，channel 用于 goroutine 之间的同步、通信。
- channel是Golang在语言层面提供的goroutine间的通信方式，比Unix管道更易用也更轻便, channel主要用于进程内各goroutine间通信.
# channel 数据结构 !!!
src/runtime/chan.go:hchantype hchan struct { qcount uint // 当前队列中剩余元素个数 dataqsiz uint // 环形队列长度，即可以存放的元素个数 buf unsafe.Pointer // 环形队列指针 elemsize uint16 // 每个元素的大小 closed uint32 // 标识关闭状态 elemtype *_type // 元素类型 sendx uint // 队列下标，指示元素写入时存放到队列中的位置 recvx uint // 队列下标，指示元素从队列的该位置读出 recvq waitq // 等待读消息的goroutine队列 sendq waitq // 等待写消息的goroutine队列 lock mutex // 互斥锁，chan不允许并发读写 }1
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13关闭的chan,并不是nil
Channel是异步进行的, channel存在3种状态：
- nil，未初始化的状态，只进行了声明，或者手动赋值为nil
- active，正常的channel，可读或者可写
- closed，已关闭，千万不要误认为: 关闭channel后channel的值是nil
# 1. 环形队列
优点
- 避免假溢出现象（由于入队和出队的操作，头尾指针只增加不减少，致使被删元素的空间永远无法重新利用，当队列继续存储元素时，出现尾指针已经到达了队列尾，而实际头指针前面并未满的情况），可以将队列空间充分重复利用
- 首尾相连的FIFO的数据结构，采用数据的线性空间，数据组织简单，能快速知道队列是否满/空
- 广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换，均使用了环形队列
实现原理
- 内存上并没有环形的结构，因此环形队列实际上是数组的线性空间来实现的。
- 当数据到了尾部该如何处理呢？它将转回到原来位置进行处理，通过取模操作来实现
环形队列的几个判断条件
- front:指向队列的第一个元素，初始值front=0
- rear: 指向队列的最后一个元素的后一个位置（预留一个空间作为约定）,初始值rear=0
- maxSize: 数组的最大容量
- 队空：front == rear
- 队满：(rear+1)%maxSize == front
- 队列中的有效数据个数：(rear+maxSize-front)% maxSize
chan内部实现了一个环形队列作为其缓冲区，队列的长度是创建chan时指定的。
- dataqsiz: 指示了队列长度为6，即可缓存6个元素；
- buf: 指向队列的内存，队列中还剩余两个元素；
- qcount: 表示队列中还有两个元素；
- sendx : 后续写入的数据存储的位置，取值[0, 6)；
- recvx: 指示从该位置读取数据, 取值[0, 6)；
# 2. 其他
从channel读数据，如果channel缓冲区为空或者没有缓冲区，当前goroutine会被阻塞。
向channel写数据，如果channel缓冲区已满或者没有缓冲区，当前goroutine会被阻塞。
被阻塞的goroutine将会挂在channel的等待队列中：
因读阻塞的goroutine会被向channel写入数据的goroutine唤醒；
因写阻塞的goroutine会被从channel读数据的goroutine唤醒；
一个channel只能传递一种类型的值，类型信息存储在hchan数据结构中。
- elemtype代表类型，用于数据传递过程中的赋值；
- elemsize代表类型大小，用于在buf中定位元素位置。
一个channel同时仅允许被一个goroutine读写，为简单起见，本章后续部分说明读写过程时不再涉及加锁和解锁。
# channel 创建
创建channel的过程实际上是初始化hchan结构。其中类型信息和缓冲区长度由make语句传入，buf的大小则与元素大小和缓冲区长度共同决定。
// 伪代码 func makechan(t *chantype, size int) *hchan { var c *hchan c = new(hchan) c.buf = malloc(元素类型大小*size) c.elemsize = 元素类型大小 c.elemtype = 元素类型 c.dataqsiz = size return c }1
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# channel 读写 !!!
# 1. 写 channel
- 如果等待接收队列
recvq不为空, 说明channel缓冲区没有数据或者说没有缓冲区, 此时直接从recvq取出G,并把数据写入，最后把该G唤醒，结束发送过程； - 如果等待接收队列
recvq为空, 如果缓冲区中有空余位置，将数据写入缓冲区，结束发送过程； - 如果等待接收队列
recvq为空, 如果缓冲区中没有空余位置，将待发送数据写入G，将当前G加入sendq，进入睡眠，等待被读goroutine唤醒；
# 2. 读 channel
如果等待发送队列
send为空, 缓冲区中有数据, 从缓冲区取出一个数据结束接收过程;如果等待发送队列
send为空, 且没有缓冲区, 将当前goroutine加入recvq, 等待被写入的goroutine唤醒;如果等待发送队列
send不为空, 且没有缓冲区, 直接从sendq中取出G，把G中数据读出，最后把G唤醒，结束读取过程；如果等待发送队列sendq不为空，此时说明缓冲区已满，从缓冲区中首部读出数据，把G中数据写入缓冲区尾部，把G唤醒，结束读取过程；
# 3. 关闭 channel
- 关闭channel时会把recvq中的G全部唤醒，本该写入G的数据位置为nil。把sendq中的G全部唤醒，但这些G会panic。
- panic场景:
- 关闭值为nil的channel
- 关闭已经被关闭的channel
- 向已经关闭的channel写数据
# channel 常见用法
# 1. select
select可以监控多channel，比如监控多个channel，当其中某一个channel有数据时，就从其读出数据。
demo
for { select { case e := <- chan1 : fmt.Printf("Get element from chan1: %d\n", e) case e := <- chan2 : fmt.Printf("Get element from chan2: %d\n", e) default: fmt.Printf("No element in chan1 and chan2.\n") time.Sleep(1 * time.Second) } }1
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11select的case语句读channel不会阻塞，尽管channel中没有数据。这是由于case语句编译后调用读channel时会明确传入不阻塞的参数，此时读不到数据时不会将当前goroutine加入到等待队列，而是直接返回。
# 2. range
通过range可以持续从channel中读出数据，好像在遍历一个数组一样,当channel中没有数据时会阻塞当前goroutine，与读channel时阻塞处理机制一样。 但是当channel关闭时, range自动跳出!
func main() { cha := make(chan int) go func() { for i := 0; i < 10; i++ { cha <- 1 } }() for e := range cha { println(e) } }1
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# 总结
空读写阻塞，写关闭异常，读关闭空零
什么时候panic:
- 写已经关闭的channel
- 关闭已经关闭的channel
- 关闭值为nil的channel
什么时候阻塞:
- 读写为nil的channel
- 缓冲区满了而且读写未全部就绪
读关闭空零: 读取关闭的channel, 会将缓冲区数据全部读出, 然后读出零值.
当channel关闭时, range自动跳出!