goroutine、channel以及GMP模型的原理深度解析【万字分析】

前言

goroutine、channel以及GMP模型是学习golang绕不开的部分，之前学习golang的时候对这一块的理解不够深入，本文将深度分析并且总结他们的底层原理。

一、channel的底层原理

channel又称为管道，用于数据传递或数据共享，其本质是一个先进先出的队列，使用goroutine+channel进行数据通讯简单高效，同时也线程安全，多个goroutine可同时修改一个channel，不需要加锁。CSP(Communicating Sequential Process)并发模型，就是通过 goroutine 和 channel 来实现的）
channel有哪些状态：
**未初始化的状态，**只进行了声明，或者手动赋值为nil。

**active：**正常的channel，可读或者可写。

closed：已关闭，channel的值不是nil，关闭的状态的channel仍然可以读值（取值），但不能写值（会报panic: send on closed channel），nil状态的channel是不能close（panic: close of nil channel）的。如果关闭后的 channel 没有数据可读取时，将得到零值，即对应类型的默认值。

1、底层数据结构

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帧上的指针，占用8个字节，指向堆上的hchan结构体
buf指向一个底层的循环数组，只有设置为有缓存的channel才会有buf
sendx和recvx分别指向底层循环数组的发送和接收元素位置的索引
sendq和recvq分别表示发送数据的被阻塞的goroutine和读取数据的goroutine，这两个都是一个双向链表结构
sendq和recvq 的结构为等待队列类型，sudog是对goroutine的一种封装 是双向链表，包含一个头结点和一个尾结点，每个节点是一个sudog结构体变量，记录哪个协程在等待，等待的是哪个channel，等待发送/接收的数据在哪里

type hchan struct {
   
   
    qcount   uint           // channel中的元素个数
    dataqsiz uint           // channel中循环队列的长度
    buf      unsafe.Pointer // channel缓冲区数据指针
    elemsize uint16            // buffer中每个元素的大小
    closed   uint32            // channel是否已经关闭，0未关闭
    elemtype *_type // channel中的元素的类型
    sendx    uint   // channel发送操作处理到的位置
    recvx    uint   // channel接收操作处理到的位置
    recvq    waitq  //读等待队列 等待接收的sudog（sudog为封装了goroutine和数据的结构）队列由于缓冲区空间不足而阻塞的goroutine列表
    sendq    waitq  //写等待队列  等待发送的sudog队列，由于缓冲区空间不足而阻塞的goroutine列表

    lock mutex   // 一个轻量级锁
}

type waitq struct {
   
   
   first *sudog
   last  *sudog
}

type sudog struct {
   
   
    g *g
    next *sudog
    prev *sudog
    elem unsafe.Pointer 
    c        *hchan 
    ...
}

2、创建关闭

创建channel 有两种，一种是带缓冲的channel，一种是不带缓冲的channel

// 带缓冲
ch := make(chan int, 3)
// 不带缓冲
ch := make(chan int)

创建时的策略:
如果是无缓冲的 channel，会直接