golang面经4：channel模块

一、面试题相关

1.什么是CSP？

        CSP（Communicating Sequential Processes 通信顺序进程）是一种基于通信的并发理论，它的核心思想是：通过通信共享内存，而不是通过共享内存来通信。
具有以下特点：
        1. 避免共享内存： 协程 （Goroutine） 不直接修改变量，而是通过 Channel 通信。

        2. 天然同步：Channel 的发送/接收自带同步机制，无需手动加锁

        3. 易于组合：Channel可以嵌套使用，构建复杂并发模式（如管道、超时控制）

2. Channel的底层实现原理是怎样的?

分析：        

        channel的底层实现是一个hchan的结构，hchan的结构定义。

type hchan struct {
    qcount   uint           // 当前队列中剩余的元素个数
    dataqsiz uint           // 环形队列的大小，即可以缓存的元素数量（make(chan T, N) 中的 N）
    buf      unsafe.Pointer // 指向环形队列的指针（有缓冲 channel 才非 nil）
    elemsize uint16         // 每个元素的大小
    closed   uint32         // channel 是否已关闭的标志
    elemtype *_type         // 元素类型，用于在运行时进行类型检查
    sendx    uint           // 发送索引（send index），指向环形队列中下一个要发送的位置
    recvx    uint           // 接收索引（receive index），指向环形队列中下一个要接收的位置
    recvq    waitq          // 等待接收的 goroutine 队列（链表结构）
    sendq    waitq          // 等待发送的 goroutine 队列（链表结构）
    lock     mutex          // 互斥锁，保护 hchan 中的所有字段
}

// waitq 是一个 sudog 的链表，sudog 代表了一个等待中的 goroutine
type waitq struct {
    first *sudog
    last  *sudog
}

回答： 

Channel的底层是一个名为 hchan 的结构体, 核心包含几个关键组件:
        环形缓冲区buf : 有缓冲channel内部维护一个固定大小的环形队列, 用 buf 指针指向缓冲区, sendx 和recvx 分别记录发送和接收的位置索引。这样设计能高效利用内存,避免数据搬移。
        两个等待队列 sendq和recvq:用来管理阻塞的goroutine。sendq 存储因channel满而阻塞的发送者,recvq 存储因channel空而阻塞的接收者。 这些队列用双向链表实现, 当条件满足时会唤醒对应的goroutine。
        互斥锁:hchan 内部有个mutex,所有的发送、接收操作都需要先获取锁,用来保证并发安全。虽然看起来可能影响性能,但Go的调度器做了优化,大多数情况下锁竞争并不激烈。

补充讲一下等待队列

1. 发送等待队列 (sendq)
        作用：存储所有因无法立即发送数据而被阻塞的 goroutine。

触发条件：

无缓冲 Channel：没有接收者在等待时
有缓冲 Channel：缓冲区已满时
队列中的元素：每个被阻塞的发送者 goroutine 被打包成一个 sudog 节点。

2. 接收等待队列 (recvq)
        作用：存储所有因无法立即接收数据而被阻塞的 goroutine。

触发条件：

无缓冲 Channel：没有发送者在等待时
有缓冲 Channel：缓冲区为空时
队列中的元素：每个被阻塞的接收者 goroutine 被打包成一个 sudog 节点。