【golang源码分析】chan底层原理——附带读写用户队列的环形缓冲区

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本文详细探讨了Go语言中Channel的工作原理，包括环形缓冲区结构、读写机制及内部数据结构。阐述了有缓冲与无缓冲Channel的区别，以及关键源码分析，帮助读者深入理解Go并发模型。

1 环形缓冲区

1.1 环形缓冲区结构

       环形缓冲区通常有一个读指针和一个写指针。读指针指向环形缓冲区中可读的数据，写指针指向环形缓冲区中可写的缓冲区。通过移动读指针和写指针就可以实现缓冲区的数据读取和写入。在通常情况下，环形缓冲区的读用户仅仅会影响读指针，而写用户仅仅会影响写指针。如果仅仅有一个读用户和一个写用户，那么不需要添加互斥保护机制就可以保证数据的正确性。如果有多个读写用户访问环形缓冲区，那么必须添加互斥保护机制来确保多个用户互斥访问环形缓冲区。

1.2 环形缓冲区一种读写实现机制

一般的，圆形缓冲区需要4个指针

  • 在内存中实际开始位置；

  • 在内存中实际结束位置，也可以用缓冲区长度代替；

  • 存储在缓冲区中的有效数据的开始位置（读指针）；

  • 存储在缓冲区中的有效数据的结尾位置（写指针）。

缓冲区是满、或是空，都有可能出现读指针与写指针指向同一位置：

缓冲区中总是有一个存储单元保持未使用状态。缓冲区最多存入（size-1）个数据。如果读写指针指向同一位置，则缓冲区为空。如果写指针位于读指针的相邻后一个位置，则缓冲区为满。

 

 

 

2 chan内部数据结构

2.1 chan的数据结构

chan实质是个环形缓冲区，外加一个接受者协程队列和一个发送者协程队列

  • buf      ：环形缓冲区
  • sendx ：用于记录buf这个循环链表中的发送的index
  • recvx  ：用于记录buf这个循环链表中接收的index
  • recvq  ：接受者协程队列
  • sendq ：发送者协程队列
  • lock    ：互斥锁

2.2 有缓冲区和无缓冲区chan的区别

2.2.1 无缓冲chan数据同步过程和sudog结构

  1. 创建一个发送者列表和接收者列表都为空的 channel。
  2. 第一个协程向 channel 发送变量的值
  3. channel 从池中获取一个sudog结构体变量，用于表示发送者。sudog 结构体会保持对发送者所在协程的引用，以及发送变量的引用。
  4. 发送者加入sendq队列。<
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