無緩衝阻塞 chan 雜談

pardon110發表於2019-10-08

chan類似佇列版管道，無緩衝chan看起來好像是全域性變數，透過它可讓多個goroutine間通訊。 這其實隱含一個事實，chan阻塞會引發goroutine上下文切換，而切換到哪一個可執行goroutine由go排程器決定（與阻塞chan相關）。go當前能夠使用的goroutine，必須在其待命佇列中，否則會產生死鎖。

上下文切換

多程式多執行緒都具備上下文切換，即儲存恢復現場的能力。goroutine的上下文切換實現，是在使用者態基礎上進行，只不過它涉及到的資源比執行緒更少，如產生一個執行緒系統呼叫分配記憶體通常在1M，而goroutine只有2kb，此外在使用暫存器，段位上，goroutine也只需3個左右，而執行緒則通常在10個左右。

無緩衝阻塞

go排程器對goroutine的使用配合chan，具有有序性（在高併發訪問物件時，可用chan這種特性讓訪問請求隱性排隊，解決競態問題）。main函式是特殊的入口goroutine，若有阻塞程式碼，執行時runtime會尋找已入佇列的goroutine並在適當的時機呼叫它。chan並不是全域性變數，確切來說它的讀/寫阻塞會觸發當前goroutine執行權轉移，它只是個通訊器。好似打電話，必須先知道對方號碼並有連線，才能正常工作，若順序不對，表現在golang中便是死鎖

Blocking

package main

import (
    "fmt"
)

func f1(in chan int) {
    fmt.Println(<-in)
}

func main() {
    out := make(chan int)
    out <- 2
    go f1(out)
}

上述程式碼會產生死鎖，main入口goroutine，通道out產生了傳送阻塞，此時runtime會嘗試排程與out通道讀相關的goroutine執行，但可惜的是，在 out <- 2之前，並沒有向go執行器佇列加入與out讀相關的goroutine。換句話而言，f1壓根就沒入隊，沒有執行機會。

unblocking

 package main

 import "fmt"

 func main() {
     out := make(chan int)
     go f1(out)
     // 此處順序大有講究，在使用傳送通道之前必需想好資料接收的退路，f1即是
     out <- 2
 }

 func f1(in chan int) {
     fmt.Println(<-in)
 }

chan vs 全域性變數

上文提到chan類似管道，管道顧名思義一端進一端出，很形象表明了一個聯結器。go中的chan連線goroutine，遊離於眾多goroutine之間，功用性與全域性變數有得一拼。但chan絕對不是全域性變數，一個全域性變數，可以在同一函式體內重複讀寫，但對無緩衝chan而言是不可以，原因在同一goroutine內對同一chan讀寫時，存在讀或寫阻塞面臨切換上下文，另一個對應的永遠沒執行機會，如下

  • 無緩衝通道死鎖
 package main
 import "fmt"

 func main() {
     ch := make(chan int)
     ch <- 5
     fmt.Println(<-ch)
 }
  • 有緩衝通道正常
 package main

 import "fmt"

 func main() {
     ch := make(chan int, 1)
     ch <- 5
     fmt.Println(<-ch)
 }

有緩衝通道，意味著在未超過當前通道限制數之前，當前的goroutine是非阻塞，不會發生上下文切換，即當前goroutine的控制權不發生轉移，runtime也就不會去尋求其它相關goroutine執行。

小結

  • 無緩衝chan 進和出都會阻塞.
  • 有緩衝chan 先進先出佇列, 出會一直阻塞到有資料, 進時當佇列未滿不會阻塞, 佇列已滿則阻塞.
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