Go語言通過多年的發展，於最近推出了第一個穩定版本。相對於C/C++來講，Go有不少獨特之出，好比提供了至關抽象的工具，如channel和goroutine。本文主要介紹channel的實現方式。golang
簡介
channel有四個操做：算法
- 建立：
c = make(chan int) - 發送：
c <- 1 - 提取：
i <- c - 關閉：
close(c)
根據建立方式的不一樣，channel還可分爲有buffer的channel和沒有buffer的channel。buffer的大小由make的第二個參數指定，默認爲0，即沒有buffer。建立有buffer的channel的方式是：c = make(chan int, 10)數據結構
channel的實現主要在文件src/pkg/runtime/chan.c裏面。它的數據結構以下：工具
struct Hchan
{
uint32 qcount; // total data in the q
uint32 dataqsiz; // size of the circular q
uint16 elemsize;
bool closed;
uint8 elemalign;
Alg* elemalg; // interface for element type
uint32 sendx; // send index
uint32 recvx; // receive index
WaitQ recvq; // list of recv waiters
WaitQ sendq; // list of send waiters
Lock;
};
發送流程
Hchan中的兩個WaitQ（recvq和sendq）是兩個隊列，分別保存等待從該channel提取和發送的goroutine。以向沒有buffer的channel發送爲例，post
- 若是向該channel發送數據的goroutine發現
recvq不爲空，則從recvq中取出一個goroutine，而後把數據傳給它，發送完成，發送方goroutine能夠繼續執行。提取方goroutine則結束block狀態，能夠被調度執行。 - 不然，發送方goroutine被存入
sendq隊列，且發送方goroutine進入block狀態，調度算法選擇其它goroutine執行。
若是channel有buffer，ui
- 若是buffer裏有空間，則把數據存入buffer，發送完成；若是
recvq隊列裏有等待的goroutine，則取出一個，並將其喚醒，等待調度執行。發送方goroutine繼續執行。 - 若是buffer已滿，則發送方goroutine被存入
sendq隊列，發送方goroutine進入block狀態，調度算法選擇其它goroutine執行。
若是向已經關閉的channel發送數據，程序會報錯並異常退出。以下面的程序：url
package main
func main() {
c := make(chan int)
d := make(chan int)
go func() {
<-d
close(c)
} ()
d <- 4
c <- 3
}
從已經關閉的channel收取數據不會報錯，也不會異常退出，可是我不肯定獲得什麼樣的值。除此以外，提取和發送的實現基本是相對的，就再也不介紹了。spa
Buffer空間
buffer的空間緊挨着channel，是在建立的channel的時候一塊兒分配的，code
c = (Hchan*)runtime·mal(n + hint*elem->size);
其中hint即爲buffer的元素個數，會保存在dataqsiz裏，另一起管理buffer的還有qcount、sendx和recvx，分別表示buffer裏的元素個數，下一次發送操做存放數據的位置，以及下一次提取數據的位置。這個buffer是個circular buffer。blog
Channel與Select
channel配合select語句，能夠實現multiplex的效果，如：
select {
case <-c1:
case <-c2:
}
c1和c2哪一個channel先有數據到達，哪一個case先執行；都沒有數據，就block住；都有數據，以一個公平的方式隨機選擇一個case執行。select語句自己沒有增長channel的操做方式，可是它自己的實現也頗有趣：
- 當select被block住，它所在的goroutine將被掛在多個channel的
sendq或者recvq上。好比上面的例子中，select所在的goroutine將被掛在c1和c2的recvq上，若是這時有另外兩個goroutine同時分別向c1和c2發送數據，那麼它們將操做同一個goroutine（儘管是不一樣的channel），這種狀況下，要麼加鎖，要麼用原子操做。這就是爲何dequeue裏要使用runtime·cas的緣由，雖然調用dequeue以前上鎖了，但那是給sendq/recvq上鎖，不是給goroutine上鎖。 - 不一樣goroutine裏面的select語句可能操做同一組channel，那麼就有上鎖的必要。Go的實現裏每一個channel有本身的鎖，因此select就須要上多個鎖，稍有不慎，可能致使死鎖。Go的實現是用bubble sort把channel的地址（即
Hchan*）排序，而後依次上鎖。 - 最後就是如何實現相對公平。
相對公平的另外一個說法就是每一個channel被選中的機率是相等的。實現以下：
for(i=0; i<sel->ncase; i++)
sel->pollorder[i] = i;
for(i=1; i<sel->ncase; i++) {
o = sel->pollorder[i];
j = runtime·fastrand1()%(i+1);
sel->pollorder[i] = sel->pollorder[j];
sel->pollorder[j] = o;
}
每一個迭代作的事情就是在前i個元素裏隨機選擇一個放在第i個位置上。這個算法比programming pearls裏面的難理解，由於每一個元素可能被移動屢次。咱們分兩種狀況來討論，對於任意一個位置i，最終落在這個位置的元素可能來自i以前（包括i）或者i以後。
若是是來自與i以前（包括i），那麼它在以後就不能被交換出去。因此它留在位置i的機率爲(1/i) * i/(i+1) * (i+1)/(i+2) * ... * (n-1)/n = 1/n。
若是來自i以後（如位置k），那麼在換到i以後，不能有其後的元素再和i交換，因此機率爲(1/k) * k/(k+1) * ... * (n-1)/n = 1/n。
由以上兩種狀況可知，任何一個元素出如今位置i的機率都是1/n。
所以，按照pollorder的順序依次檢查case是否可以執行，對於每一個case來講，是公平的。
轉自：http://alpha-blog.wanglianghome.org/2012/04/13/go-channel-implementation/