概述

阅读 channel 的源码，可以发现 channel 的数据结构是 hchan 结构体，包含以下字段：

  • qcount 当前队列中剩余的元素个数
  • datasize 环形队列的长度
  • buf 环形队列的指针
  • elemsize 元素的大小
  • closed 关闭标识
  • elemtype 元素的类型
  • sendx 发送索引位置
  • recvx 接收索引位置
  • recvq 等待接收的协程队列
  • sendq 等待发送的协程队列
  • lock 互斥锁

通过阅读 channel 的数据结构，可以发现 channel 是使用环形队列作为 channel 的缓冲区，datasize 环形队列的长度是在创建 channel 时指定的，通过 sendx 和 recvx 两个字段分别表示环形队列的队尾和队首，其中，sendx 表示数据写入的位置，recvx 表示数据读取的位置。

字段 recvq 和 sendq 分别表示等待接收的协程队列和等待发送的协程队列，当 channel 缓冲区为空或无缓冲区时，当前协程会被阻塞，分别加入到 recvq 和 sendq 协程队列中，等待其它协程操作 channel 时被唤醒。其中，读阻塞的协程被写协程唤醒，写阻塞的协程被读协程唤醒。

字段 elemtype 和 elemsize 表示 channel 中元素的类型和大小，需要注意的是，一个 channel 只能传递一种类型的值，如果需要传递任意类型的数据，可以使用 interface{} 类型。

字段 lock 是保证同一时间只有一个协程读写 channel。

执行逻辑

写操作 channel，分为两种情况，第一种是 channel 的缓冲区未写满，直接将数据写入缓冲区，结束 send 操作；第二种是 channel 的缓冲区已写满，此时，当前操作 channel 的协程将会被加入 sendq 等待发送的协程队列，等待被读协程唤醒。
需要注意的是，当 recvq 队列不为空时，证明缓冲区没有数据，但是有协程等待读取数据，此时，数据将不再写入缓冲区，而是会直接把数据传递给 recvq 队列中的第一个协程。

读操作 channel，也分为两种情况，第一种是 channel 的缓冲区中有数据，直接读取缓冲区中的数据，结束 recv 操作；第二种是 channel 的缓冲区中没有数据，此时，当前操作 channel 的协程加入 recvq 等待接收的协程队列，等待被写协程唤醒。
需要注意的是，当 sendq 队列不为空时，并且缓冲区已写满，此时，将直接从 sendq 队列中的第一个协程读取数据。
当 channel 被关闭时，recvq 和 sendq 中的所有协程被唤醒，其中 recvq 中的协程读取到的数据全部是 elemtype 类型零值，sendq 中的协程会触发 panic。

总结
本文我们在 channel 的数据结构和执行逻辑两个方面介绍了 channel 的实现原理，其中，执行逻辑小节中，重点介绍了 channel 的读写操作。如果读者朋友们想要了解创建 channel 的执行逻辑，可以阅读源码中的函数 func makechan(t chantype, size int) hchan。

发送数据

向nil的channel发送数据会怎样

会发生
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan send (nil chan)]

原因：当向 nil channel 发送数据时，会调用 gopark。而 gopark 会将当前的 Goroutine 休眠，从而发生死锁崩溃。

参考

  1. //在 src/runtime/chan.go中
  2. func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {
  3.  if c == nil {
  4.       // 不能阻塞，直接返回 false，表示未发送成功
  5.       if !block {
  6.         return false
  7.       }
  8.       gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2)
  9.       throw("unreachable")
  10.  }
  11.   // 省略其他逻辑
  12. }
  • 未初始化的 chan 此时是等于 nil，当它不能阻塞的情况下，直接返回 false，表示写 chan 失败
  • 当 chan 能阻塞的情况下，则直接阻塞 gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2), 然后调用 throw(s string) 抛出错误，其中 waitReasonChanSendNilChan 就是刚刚提到的报错 "chan send (nil chan)"

向关闭的且非nil的channel发送数据

会发生panic：panic: send on closed channel
具体看源码。

  1. if c.closed != 0 {
  2.     unlock(&c.lock)
  3.     panic(plainError("send on closed channel"))
  4. }

当 c.closed != 0 则为通道关闭，此时执行写，源码提示直接 panic，输出的内容就是上面提到的 "send on closed channel"。

无缓冲的chan发送数据

发送数据直接往接收方的执行栈中拷贝要发送的数据，但这种情况当且仅当缓存大小为0时（即无缓冲 Channel）。

接收数据

从nil的channel接收数据

会发生
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan receive (nil chan)]
原因：和send一样，向nil channel发送数据的收，会调用gopark。而 gopark 会将当前的 Goroutine 休眠，从而发生死锁崩溃。

  1. //在 src/runtime/chan.go中
  2. func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) {
  3.     //省略逻辑...
  4.     if c == nil {
  5.         if !block {
  6.           return
  7.         }
  8.         gopark(nil, nil, waitReasonChanReceiveNilChan, traceEvGoStop, 2)
  9.         throw("unreachable")
  10.     }
  11.     //省略逻辑...
  12. }
  • 未初始化的 chan 此时是等于 nil，当它不能阻塞的情况下，直接返回 false，表示读 chan 失败
  • 当 chan 能阻塞的情况下，则直接阻塞 gopark(nil, nil, waitReasonChanReceiveNilChan, traceEvGoStop, 2), 然后调用 throw(s string) 抛出错误，其中 waitReasonChanReceiveNilChan 就是刚刚提到的报错 "chan receive (nil chan)"

从关闭的非nil的channel接收数据

不管是有缓冲，还是无缓冲的channel，如果有数据，读出数据；如果没有数据，会接收到chan类型零值。可以使用 ok-idiom 方式。val, ok := <-ch
1.png

  • c.closed != 0 && c.qcount == 0 指通道已经关闭，且缓存为空的情况下（已经读完了之前写到通道里的值）
  • 如果接收值的地址 ep 不为空
    • 那接收值将获得是一个该类型的零值
    • typedmemclr 会根据类型清理相应地址的内存
    • 这就解释了上面代码为什么关闭的 chan 会返回对应类型的零值

循环select读取已关闭的chan

即使chan 已经关闭，还是可以读取到零值，能读取就说明能进入select分支，一直循环。
解决：通过 v, ok := <-ch，ok判断，如果ok为false，让ch=nil

  1. func main() {
  2.     ch := make(chan int)
  3.     go func() {
  4.         time.Sleep(1 * time.Second)
  5.         ch <- 1
  6.         close(ch)
  7.     }()
  9.     for {
  10.         select {
  11.         case v, ok := <-ch:
  12.             time.Sleep(time.Second)
  13.             fmt.Println(v, ok)
  14.             if !ok {
  15.                 ch = nil
  16.             }
  17.         //    缺少default 会 死锁（读写nil的chan）
  18.         default:
  19.             time.Sleep(time.Second)
  20.             fmt.Println("enter default")
  21.         }
  22.     }
  23. }

参考：https://mp.weixin.qq.com/s/lK6I353Iw08robqpmPB6-g

无缓冲的chan接收数据

接收数据同样包含直接往接收方的执行栈中拷贝要发送的数据，但这种情况当且仅当缓存大小为0时（即无缓冲 Channel）。

关闭chan

关闭nil的channel会发生什么

会发生panic：close of nil channel

重复关闭channel会发生什么

会发生panic：close of closed channel