Channel【Golang】
简介
“不要通过共享内存来通信，通过通信来共享内存”，——rob pike
对于程序而言，不同线程/进程之间的数据共享模式大致可以分为两类
- 通过共享内存的方式实现，本质上就是多线程模式，大多数面向过程或者面向对象的语言一般都采用该方式，共享内存即不同线程访问同一个变量，每个线程可以看到其他线程对变量的变更，共享内存方式存在以下缺点：
- 变量的更新操作需要同步机制，在性能方面，实现复杂度方面较高。
- 变量的更新需要对其他线程立即可见，需要额外的保障机制。
- 变量变更的追踪机制复杂，业务逻辑较为复杂。
- 通过通信来共享数据，通用的模式有Actor和CSP两种模式，Actor模型中，主角是Actor，Actor一般是协程机制的worker，Actor彼此之间直接发送消息，不需要经过间介质，消息是异步发送和处理的，CSP机制的worker没有Actor自带的信箱机制，需要通过管道（Channel）通信，通过channel，CSP机制的worker之间耦合性更低。
- Channel的通信模式，数据通过消息进行交互，数据发送之后不再和其他线程共享，不需要复杂的同步机制。
- Channel天然实现了异步通信机制，性能更高。
Golang语言中的Channel是协程（Goroutine）之间通信的管道，用于协程之间通讯和同步。
要素
| 要素 | 特点 |
|---|---|
| 空间 | 通道需要通过make初始化，分配空间才可以使用。
没有初始化的通道会被置为nil，无法读写数据。 |
| 流向 | Channel使用箭头方向代表数据流向，c<-5，代表5写入Channel c，<-c代表读取Channel c
同理声明Channel，除了可以声明双向Channel，chan T，还可以声明单向通道，chan<-T(可写通道)，<-chan T(可读通道） |
| 缓冲 | Channel可以在make的时候确定Channel是否有有缓冲。
make(chan int, 3)表示创建一个缓冲区的Channel，如果第二个Size参数为空，则代表Channel无缓冲。 无缓冲通道的读写必须由不同协程完成，否则会产生死锁。通道的读取操作是阻塞类型的，如果读取不到数据会一直等待。 写入操作如果在缓冲区已满或者无缓冲通道没有读取操作（也可以视为缓冲已满）的情况下会阻塞。 阻塞性的Chanel读写要求每个Channel的读写操作都提供单独的协程，和IO多路复用的原理类似，Channel也提供了Select+Switch的操作。 一个协程可以监听多个Channel的读取操作，只要任意一个Channel有数据可以读取，Select可以完成正确的调度。 如果所有Channel都未进入可读取状态，Select所在的协程进入阻塞状态。 |
| 状态 | close函数可以关闭一个通道，但是关闭的通道不能写入数据，但是依然可以读取到一个0的值。在循环读取的时候一定要住要，避免陷入无尽的循环。
data, ok<-chan，读取的第二个参数为false可以判断channel已经关闭。 |
原理
Channel用于交换Goroutine之间的数据，缓冲模式的Channel是异步模式的，所以需要有数据的存储组件，该存储组件是采用环形队列实现的。
对Channel的写操作可能因为存储空间已满的原因发生阻塞，同理读操作可能会因为数据为空而发生阻塞，需要保存这些阻塞的Goroutine，Channel使用双向链表分别保存读写发生阻塞的Goroutine。
Channel的写流程如下：
- 锁定Channel。
- 首先尝试从等待队列中获取Goroutine，然后将元素直接写入Goroutine。
- 如果等待队列为空，则确定缓冲区是否可用。如果可用，从当前goroutine复制数据到缓冲区。
- 如果缓冲区已满，则要写入的元素将保存在当前正在执行的goroutine的结构中，并且当前goroutine将在发送队列中排队并从运行时挂起。
- 写入完成释放锁。
Channel的读流程和写流程基本一致。
Goroutine创建之后返回的hchan结构体如下所示：
type hchan struct {
qcount uint // channel 里的元素个数
dataqsiz uint // 可以缓冲的容量，如 ch := make(chan int, 10)。 此处的 10 即 dataqsiz
elemsize uint16 // 要发送或接收的数据类型大小
buf unsafe.Pointer // 当 channel 设置了缓冲数量时，该 buf 指向一个存储缓冲数据的区域，该区域是一个循环队列的数据结构
closed uint32 // 关闭状态
sendx uint // 当 channel 设置了缓冲数量时，数据区域即循环队列此时已发送数据的索引位置
recvx uint // 当 channel 设置了缓冲数量时，数据区域即循环队列此时已接收数据的索引位置
recvq waitq // 想读取数据但又被阻塞住的 goroutine 队列
sendq waitq // 想发送数据但又被阻塞住的 goroutine 队列
...
lock mutex
...
}