圖解Go select語句原理

RyuGou發表於2019-03-31

Go 的select語句是一種僅能用於channl傳送和接收訊息的專用語句，此語句執行期間是阻塞的；當select中沒有case語句的時候，會阻塞當前的groutine。所以，有人也會說select是用來阻塞監聽goroutine的。還有人說：select是Golang在語言層面提供的I/O多路複用的機制，其專門用來檢測多個channel是否準備完畢：可讀或可寫。

以上說法都正確。

I/O多路複用

我們來回顧一下是什麼是I/O多路複用。

普通多執行緒（或程式）I/O

每來一個程式，都會建立連線，然後阻塞，直到接收到資料返回響應。普通這種方式的缺點其實很明顯：系統需要建立和維護額外的執行緒或程式。因為大多數時候，大部分阻塞的執行緒或程式是處於等待狀態，只有少部分會接收並處理響應，而其餘的都在等待。系統為此還需要多做很多額外的執行緒或者程式的管理工作。

為了解決圖中這些多餘的執行緒或者程式，於是有了"I/O多路複用"

I/O多路複用

每個執行緒或者程式都先到圖中”裝置“中註冊，然後阻塞，然後只有一個執行緒在”運輸“，當註冊的執行緒或者程式準備好資料後，”裝置“會根據註冊的資訊得到相應的資料。從始至終kernel只會使用圖中這個黃黃的執行緒，無需再對額外的執行緒或者程式進行管理，提升了效率。

select組成結構

select的實現經歷了多個版本的修改，當前版本為：1.11 select這個語句底層實現實際上主要由兩部分組成：case語句和執行函式。原始碼地址為：/go/src/runtime/select.go

每個case語句，單獨抽象出以下結構體：

type scase struct {
    c           *hchan         // chan
    elem        unsafe.Pointer // 讀或者寫的緩衝區地址
    kind        uint16   //case語句的型別，是default、傳值寫資料(channel <-) 還是  取值讀資料(<- channel)
    pc          uintptr // race pc (for race detector / msan)
    releasetime int64
}
複製程式碼

結構體可以用下圖表示：

其中比較關鍵的是：hchan，它是channel的指標。在一個select中，所有的case語句會構成一個scase結構體的陣列。

然後執行select語句實際上就是呼叫func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)函式。

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)函式引數：

cas0 為上文提到的case語句抽象出的結構體scase陣列的第一個元素地址
order0為一個兩倍cas0陣列長度的buffer，儲存scase隨機序列pollorder和scase中channel地址序列lockorder。
nncases表示scase陣列的長度

selectgo返回所選scase的索引(該索引與其各自的select {recv，send，default}呼叫的序號位置相匹配)。此外，如果選擇的scase是接收操作(recv)，則返回是否接收到值。

誰負責呼叫func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)函式呢？

在/reflect/value.go中有個func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)函式，此函式的實現在/runtime/select.go檔案中的func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool)函式中:

func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool) { 
    //如果cases語句為空，則阻塞當前groutine
    if len(cases) == 0 {
        block()
    }
    //例項化case的結構體
    sel := make([]scase, len(cases))
    order := make([]uint16, 2*len(cases))
    for i := range cases {
        rc := &cases[i]
        switch rc.dir {
        case selectDefault:
            sel[i] = scase{kind: caseDefault}
        case selectSend:
            sel[i] = scase{kind: caseSend, c: rc.ch, elem: rc.val}
        case selectRecv:
            sel[i] = scase{kind: caseRecv, c: rc.ch, elem: rc.val}
        }
        if raceenabled || msanenabled {
            selectsetpc(&sel[i])
        }
    }
    return selectgo(&sel[0], &order[0], len(cases))
}
複製程式碼

那誰呼叫的func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)呢？在/refect/value.go中，有一個func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)的函式，其呼叫了rselect函式，並將最終Go中select語句的返回值的返回。

以上這三個函式的呼叫棧按順序如下：

func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)
func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)
func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)

這仨函式中無論是返回值還是引數都大同小異，可以簡單粗暴的認為：函式引數傳入的是case語句，返回值返回被選中的case語句。那誰呼叫了func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)呢？可以簡單的認為是系統了。來個簡單的圖：