图解Go select语句原理

Go 的select语句是一种仅能用于channl发送和接收消息的专用语句，此语句运行期间是阻塞的；当select中没有case语句的时候，会阻塞当前的groutine。所以，有人也会说select是用来阻塞监听goroutine的。 还有人说：select是Golang在语言层面提供的I/O多路复用的机制，其专门用来检测多个channel是否准备完毕：可读或可写。 以上说法都正确。 ## I/O多路复用 我们来回顾一下是什么是``I/O多路复用``。 ### 普通多线程（或进程）I/O  每来一个进程，都会建立连接，然后阻塞，直到接收到数据返回响应。 普通这种方式的缺点其实很明显：系统需要创建和维护额外的线程或进程。因为大多数时候，大部分阻塞的线程或进程是处于等待状态，只有少部分会接收并处理响应，而其余的都在等待。系统为此还需要多做很多额外的线程或者进程的管理工作。  为了解决图中这些多余的线程或者进程，于是有了"I/O多路复用" ### I/O多路复用  每个线程或者进程都先到图中”装置“中注册，然后阻塞，然后只有一个线程在”运输“，当注册的线程或者进程准备好数据后，”装置“会根据注册的信息得到相应的数据。从始至终kernel只会使用图中这个黄黄的线程，无需再对额外的线程或者进程进行管理，提升了效率。 ## select组成结构 select的实现经历了多个版本的修改，当前版本为：1.11 select这个语句底层实现实际上主要由两部分组成：``case语句``和``执行函数``。 源码地址为：/go/src/runtime/select.go 每个case语句，单独抽象出以下结构体： ```go type scase struct { c *hchan // chan elem unsafe.Pointer // 读或者写的缓冲区地址 kind uint16 //case语句的类型，是default、传值写数据(channel <-) 还是 取值读数据(<- channel) pc uintptr // race pc (for race detector / msan) releasetime int64 } ``` 结构体可以用下图表示：  其中比较关键的是：``hchan``，它是channel的指针。 在一个select中，所有的case语句会构成一个``scase``结构体的数组。  然后执行select语句实际上就是调用``func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)``函数。  ``func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)``函数参数： + cas0 为上文提到的case语句抽象出的结构体``scase``数组的第一个元素地址 + order0为一个两倍cas0数组长度的buffer，保存scase随机序列pollorder和scase中channel地址序列lockorder。 + nncases表示``scase``数组的长度 ``selectgo``返回所选scase的索引(该索引与其各自的select {recv，send，default}调用的序号位置相匹配)。此外，如果选择的scase是接收操作(recv)，则返回是否接收到值。 谁负责调用``func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)``函数呢？ 在``/reflect/value.go``中有个``func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)``函数，此函数的实现在``/runtime/select.go``文件中的``func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool)``函数中: ```go func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool) { //如果cases语句为空，则阻塞当前groutine if len(cases) == 0 { block() } //实例化case的结构体 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)) } ``` 那谁调用的``func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)``呢？ 在``/refect/value.go``中，有一个``func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)``的函数，其调用了``rselect``函数，并将最终Go中select语句的返回值的返回。 以上这三个函数的调用栈按顺序如下： + ``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)`` 这仨函数中无论是返回值还是参数都大同小异，可以简单粗暴的认为：函数参数传入的是case语句，返回值返回被选中的case语句。 那谁调用了``func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)``呢？ 可以简单的认为是系统了。 来个简单的图：  前两个函数``Select``和``rselect``都是做了简单的初始化参数，调用下一个函数的操作。select真正的核心功能，是在最后一个函数``func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)``中实现的。 ### selectgo函数做了什么 打乱传入的case结构体顺序  锁住其中的所有的channel  遍历所有的channel，查看其是否可读或者可写  如果其中的channel可读或者可写，则解锁所有channel，并返回对应的channel数据   假如没有channel可读或者可写，但是有default语句，则同上:返回default语句对应的scase并解锁所有的channel。  假如既没有channel可读或者可写，也没有default语句，则将当前运行的groutine阻塞，并加入到当前所有channel的等待队列中去。  然后解锁所有channel，等待被唤醒。  此时如果有个channel可读或者可写ready了，则唤醒，并再次加锁所有channel，  遍历所有channel找到那个对应的channel和G，唤醒G，并将没有成功的G从所有channel的等待队列中移除。  如果对应的scase值不为空，则返回需要的值，并解锁所有channel  如果对应的scase为空，则循环此过程。 ### select和channel之间的关系 在想想select和channel做了什么事儿，我觉得和多路复用是一回事儿  #### 更多精彩内容，请关注我的微信公众号 ``互联网技术窝`` 或者加微信共同探讨交流：  参考文献： + https://my.oschina.net/renhc/blog/2253937 + https://blog.csdn.net/xd_rbt_/article/details/80287959 + https://blog.csdn.net/qq_34199383/article/details/80303629 + https://blog.csdn.net/wangxindong11/article/details/78591308 + https://draveness.me/golang-select + https://studygolang.com/articles/1807