深入理解Channel

channel的原理

channel的作用是解决goroutine之间的通信问题。不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存。

1. channel的特性

• goroutine安全
• 提供FIFO语义(buffered channel提供)，缓冲大小
• 在不同的goroutine之间存储和传输值
• 可以让goroutine block/unblock

2. channel的数据结构

type 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
}

hchan维护了两个链表，recvq是因读这个chan而阻塞的G，sendq则是因写这个chan而阻塞的G。waitq队列中每个元素的数据结构为sudog，其中elem用于保存数据。

3. 创建channel

make函数在创建channel的时候会在该进程的heap区申请一块内存，创建一个hchan结构体，返回执行该内存的指针，所以获取的的ch变量本身就是一个指针，在函数之间传递的时候是同一个channel。

hchan结构体使用一个环形队列来保存groutine之间传递的数据(如果是缓存channel的话)，使用两个list保存像该chan发送和从改chan接收数据的goroutine，还有一个mutex来保证操作这些结构的安全。

4. 写入channel

recvq存放读取channel阻塞的G，此时说明channel里面没有数据。sendq存放写入channel阻塞的G，此时说明channel已经满了。

1. 如果等待接收队列recvq不为空，说明缓冲区中没有数据或者没有缓冲区，此时直接从recvq取出G,并把数据写入，最后把该recvq的G唤醒，结束发送过程；
2. 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；
3. 如果缓冲区满了，将待发送数据写入G，将当前G加入sendq，进入睡眠（阻塞状态），等待被读goroutine唤醒；

5. 读出channel

1. 如果等待发送队列sendq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；
2. 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. 如果等待发送队列sendq为空，说明缓冲区中有数据，则从缓冲区取出数据，结束读取过程；
4. 如果channel读取不到数据，将当前goroutine加入recvq，进入睡眠（阻塞状态），等待被写goroutine唤醒；

6. 关闭channel

• 将 c.closed 设置为 1

• 唤醒 recvq 队列里面的阻塞 goroutine

• 唤醒 sendq 队列里面的阻塞 goroutine

7. 阻塞

当G1向buf已经满了的ch发送数据的时候，当runtine检测到对应的hchan的buf已经满了，会通知调度器，调度器会将G1的状态设置为waiting, 移除与线程M的联系，然后从P的runqueue中选择一个goroutine在线程M中执行，此时G1就是阻塞状态，但是不是操作系统的线程阻塞，所以这个时候只用消耗少量的资源。

8. 唤醒

当G1变为waiting状态后，会创建一个代表自己的sudog的结构，然后放到sendq这个list中，sudog结构中保存了channel相关的变量的指针。当G2从ch中接收一个数据时，会通知调度器，设置G1的状态为runnable，然后将加入P的runqueue里，等待线程执行.