1、channel数据结构：

channel 是一种类型安全的(并发安全)、阻塞的、先进先出（FIFO）的数据结构，确保发送的数据按照发送的顺序接收。

通过 var 声明或者 make 函数创建的 channel 变量是一个存储在函数栈上的指针，指向堆上的 hchan 结构体。底层数据结构如下：

type hchan struct {

qcount uint // 队列中剩余的元素个数

dataqsiz uint // 环形队列长度,即可以存放的元素个数, make初始化时指定

// channel 分为无缓冲和有缓冲两种。

// 对于有缓冲的 channel 存储数据，使用了 ring buffer（环形缓冲区）来缓存写入的数据，本质是循环数组。

// 为什么是循环数组？普通数组不行吗？普通数组容量固定，更适合指定的空间，弹出元素时，普通数组需要全部都前移。

// 指向底层循环数组的指针（环形缓冲区）缓存区,实际上就是环形队列(有环形队列就有缓冲区,否则没有缓冲区),指向环形队列首部的指针,基于环形队列实现,大小等于make初始化channel时指定的环形队列长度,如果make初始化channel时不指定dataqsiz,则buf=0。只有缓冲型的channel才有buf

buf unsafe.Pointer

elemsize uint16 // 元素的大小

closed uint32 // channel是否关闭的标志

elemtype *_type // channel中的元素类型

// 当下标超过数组容量后会回到第一个位置，所以需要有两个字段记录当前读和写的下标位置

sendx uint // 写入数据的索引,即从哪个位置开始写入数据,取值[0, dataqsiz)

recvx uint // 读取数据的索引,即从哪个位置开始读取数据,取值[0, dataqsiz)

//接收等待队列,链表结构,长度无限长, 读取数据的goroutine等待队列, 如果channel的缓冲区为空或者没有缓冲区,读取数据的goroutine被阻塞,加入到recvq等待队列中。因读阻塞的goroutine会被向channel写入数据的goroutine唤醒

recvq waitq

//发送等待队列,链表结构,长度无限长, 写入数据的goroutine等待队列, 如果channel的缓冲区为满或者没有缓冲区,写入数据的goroutine被阻塞,加入到sendq等待队列中。因写阻塞的goroutine会被从channel读取数据的goroutine唤醒

sendq waitq

//并发控制锁, 同一时刻,只允许一个, channel不允许并发读写

lock mutex

}

1.1、环形队列：

chan内部实现了一个环形队列作为其缓冲区，队列的长度是创建chan时指定的。 下图展示了一个可缓存6个元素的channel示意图:

image.jpeg

• dataqsiz指示了队列长度为6，即可缓存6个元素;
• buf指向队列的内存，队列中还剩余两个元素;
• qcount表示队列中还有两个元素;
• sendx指示后续写入的数据存储的位置，取值[0, 6);
• recvx指示从该位置读取数据, 取值[0, 6);

1.2、goroutine等待队列：

从channel读数据，如果channel缓冲区为空或者没有缓冲区，当前goroutine会被阻塞。向channel写数据，如

果channel缓冲区已满或者没有缓冲区，当前goroutine会被阻塞。 被阻塞的goroutine将会挂在channel的等待队列中:

• 因读阻塞的goroutine会被向channel写入数据的goroutine唤醒;
• 因写阻塞的goroutine会被从channel读数据的goroutine唤醒;

下图展示了一个没有缓冲区的channel，有几个goroutine阻塞等待读数据:

image.jpeg

注意，一般情况下recvq和sendq至少有一个为空。只有一个例外，那就是同一个goroutine使用select语句向 channel一边写数据，一边读数据。

1.3、类型信息：

一个channel只能传递一种类型的值，类型信息存储在hchan数据结构中。

• elemtype代表类型，用于数据传递过程中的赋值;
• elemsize代表类型大小，用于在buf中定位元素位置；

2、channel读写流程：

G表示一个goroutine

2.1、写入：

image.jpeg

过程描述:

• 如果等待接收队列recvq 不为空,说明没有缓冲区或者缓冲区没有数据,直接从recvq取出一个G数据写入,把G唤醒,结束发送过程;
• 如果等待接收队列recvq为空,且缓冲区有空位,那么就直接将数据写入缓冲区sendx位置, sendx++, qcount++, 结束发送过程;
• 如果等待接收队列recvq为空,缓冲区没有空位,将数据写入G,然后把G放到等待发送队列sendq中进行阻塞,等待被唤醒, 结束发送过程。当被唤醒的时候,需要写入的数据已经被读取出来,且已经完成了写入操作；

2.2、读取：

image.jpeg

虚线表示recvq中堵塞的G被唤醒的流程,如果G没有被唤醒,则一直堵塞下去,此时关闭channel,会得到channel类型的零值

过程描述:

• 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,读取数据,最后把G唤醒,结束读取过程；
• 如果等待发送队列sendq不为空,有缓冲区(此时缓冲区满了),从缓冲区中首部读出数据,把G中的数据写入缓冲区尾部,把G唤醒,结束读取过程；
• 如果等待发送队列sendq为空,且环形队列无元素,将goruntime加入等待接收队列recvq中进行堵塞,等待被唤醒；
• 如果等待发送队列sendq为空,环形队列有元素,直接从缓冲区读取数据,结束读取过程；