图解Go select语句原理

RyuGou · · 820 次点击 · · 开始浏览

这是一个创建于的文章，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

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

image

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。

image

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

image

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：

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：

image

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。

image

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。

image

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:

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：