深入分析Go1.18 Channel底层原理

原创

涂明光

修改于 2022-11-27 13:25:47

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修改于 2022-11-27 13:25:47

文章被收录于专栏：后台技术学习后台技术学习

由于Go Channel底层原理比较简单，源码也比较容易看懂，网上关于Channel源码分析的文章比较多，很多质量也都很高，本文主要是自己个人对于Channel源码的学习笔记。

本文基于Go1.18.1的源码，其实Channel的底层源码从Go1.14到现在的Go1.19之间几乎没有变化，这也是Go最早引入的组件之一，体现了Go并发思想：

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.

不要通过共享内存来通信，⽽应通过通信来共享内存。

0. 结论

还是先给出结论，没时间看分析过程的同学至少可以看一眼结论：

1. Channel本质上是由三个FIFO（First In FirstOut，先进先出）队列组成的用于协程之间传输数据的协程安全的通道；FIFO的设计是为了保障公平，让事情变得简单，原则是让等待时间最长的协程最有资格先从channel发送或接收数据；

2. 三个FIFO队列依次是buf循环队列，sendq待发送者队列，recvq待接收者队列。buf循环队列是大小固定的用来存放channel接收的数据的队列；sendq待发送者队列，用来存放等待发送数据到channel的goroutine的双向链表，recvq待接收者队列，用来存放等待从channel读取数据的goroutine的双向链表；sendq和recvq可以认为不限大小；

3. 跟函数调用传参本质都是传值一样，channel传递数据的本质就是值拷贝，引用类型数据的传递也是地址拷贝；有从缓冲区buf地址拷贝数据到接收者receiver栈内存地址，也有从发送者sender栈内存地址拷贝数据到缓冲区buf；

4. Channel里面参数的修改不是并发安全的，包括对三个队列及其他参数的访问，因此需要加锁，本质上，channel就是一个有锁队列；

5. Channel 的性能跟 sync.Mutex 差不多，没有谁比谁强。Go官方之所以推荐使用Channel进行并发协程的数据交互，是因为channel的设计理念能让程序变得简单，在大型程序、高并发复杂的运行状况中也是如此。

1. 从一个线上的内存泄漏问题谈起

去年底，团队有个线上服务发生了一个故障，该服务部署在K8S集群的容器里，通过Prometheus监控界面看到本服务的Pod的内存使用量呈锯齿状增长，达到服务设置的内存上限16G后，就会发生容器重启，看现象是发生了内存泄漏。

线上服务的代码经过简化，基本逻辑如下：

package main

import (
	"errors"
	"fmt"
)

func accessMultiService() (data string, err error) {
	respAChan := make(chan string)           //无缓冲channel
	go func() {
		serviceAResp, _ := accessServiceA()
		respAChan <- serviceAResp
	}()

	_, serviceBErr := accessServiceB()
	if serviceBErr != nil {
		return "", errors.New("service B response error")
	}

	_, serviceCErr := accessServiceC()
	if serviceCErr != nil {
		return "", errors.New("service C response error")
	}

	respA := <- respAChan
	fmt.Printf("service A resp is: %s\n", respA)
	return  "success", nil
}

func accessServiceA() (string, error) {
	return "service A result", nil
}

func accessServiceB() (string, error) {
	return "service B result", errors.New("service B error")
}

func accessServiceC() (string, error) {
	return "service C result", nil
}

经过排查，是在起的一个goroutine访问 A 服务时，使用了一个无缓冲的channel respAChan，在后续的访问服务B，C时，发生了异常导致父协程返回，A服务的子协程里的无缓冲channel respAChan一直没有goroutine去读它，导致它一直被阻塞，无法被释放，随着请求数的增多，它所在的goroutine会一直占用内存，直到达到容器内存上限，使容器崩溃重启。

解决办法可以是：将无缓冲的channel改成有缓冲channel，并且在写入数据后关闭它，这样就不会发生goroutine一直阻塞，无法被释放的问题了。

        respAChan := make(chan string, 1)           //改为有缓冲channel
	go func() {
		serviceAResp, _ := accessServiceA()
		respAChan <- serviceAResp
		close(respAChan)                   //写入后关闭channel
	}()

从这个问题可以知道尽管大家都用过channel，却也容易因使用不当而导致线上故障。

Channel是什么？怎么用？

首先是channel分为两类：

1）无缓冲channel，可以看作“同步模式”，发送方和接收方要同步就绪，只有在两者都 ready 的情况下，数据才能在两者间传输（后面会看到，实际上就是内存拷贝）。否则，任意一方先行进行发送或接收操作，都会被挂起，等待另一方的出现才能被唤醒。

2）有缓冲channel称为“异步模式”，在缓冲槽可用的情况下（有剩余容量），发送和接收操作都可以顺利进行。否则，操作的一方（如写入）同样会被挂起，直到出现相反操作（如接收）才会被唤醒。

channel的基本用法有：

读取 <- chan
写入 chan <-
关闭 close(chan)
获取channel长度 len(chan)
获取channel容量 cap(chan)

还有一种select非阻塞访问方式，从所有的case中挑选一个不会阻塞的channel进行读写操作，或是default执行。

2. Channel设计思想

Go语言的并发模型是CSP（Communicating Sequential Processes，通信顺序进程），提倡通过通信共享内存而不是通过共享内存而实现通信。

如果说goroutine是Go程序并发的执行体，channel就是它们之间的连接。channel是可以让一个goroutine发送特定值到另一个goroutine的通信机制。

下面有关并发讨论中的线程可以替换为进程、协程或函数，本质上都是同时对同一份数据的竞争。

先弄清楚并发和并行的区别：多线程程序在一个核的CPU上运行，就是并发。多线程程序在多个核的CPU上运行，就是并行。

单纯地将线程并发执行是没有意义的。线程与线程间需要交换数据才能体现并发执行线程的意义。

多个线程之间交换数据无非是两种方式：共享内存加互斥锁；先进先出(FIFO)将资源分配给等待时间最长的线程。

共享内存加互斥锁是C++等其他语言采用的并发线程交换数据的方式，在高并发的场景下有时候难以正确的使用，特别是在超大型、巨型的程序中，容易带来难以察觉的隐藏的问题。Go语言采用的是后者，引入channel以先进先出(FIFO)将资源分配给等待时间最长的goroutine，尽量消除数据竞争，让程序以尽可能顺序一致的方式运行。

关于理解让程序尽量顺序一致的含义，可以看看Go语言内存模型采用的一个传统的基于happens-before对读写竞争的定义：

修改由多个goroutines同时访问的数据的程序必须串行化这些访问。
为了实现串行访问, 需要使用channel操作或其他同步原语(如sync和sync/atomic包中的原语)来保护数据。
go语句创建一个goroutine，一定发生在goroutine执行之前；
往一个channel中发送数据，一定发生在从这个channel 读取这个数据完成之前；
一个channel的关闭，一定发生在从这个channel读取到零值数据（这里指因为close而返回的零值数据）之前；
从一个无缓冲channel的读取数据，一定发生在往这个channel发送数据完成之前；

如果违反了这种定义，Go会让程序直接panic或阻塞，无法往后执行。

有人说，Go没有采用共享内存加互斥锁进行协程之间的通信，是因为这种方式性能太差，其实不是，因为channel本质也是一个有锁的队列，采用channel进行协程之间的通信，主要是为了减少数据竞争，在大型程序、高并发的复杂场景下，以简单的原理实现的组件，更能让程序尽量按符合预期的、不易出错的方式执行。

Go 中用于并发协程同步数据的组件主要分为 2 大类，一个是 sync 和sync/atomic包里面的，如sync.Mutex、sync.RWMutex、sync.WaitGroup等，另一个是 channel。只有channel才是Go语言推荐的并发同步的方式，是一等公民，用户使用channel甚至不需要引入包名。

3. Channel结构

channel的底层数据结构是hchan，在src/runtime/chan.go 中。

type hchan struct {
	qcount   uint                 // 队列中所有数据总数
	dataqsiz uint                 // 循环队列大小
	buf      unsafe.Pointer       // 指向循环队列的指针
	elemsize uint16               // 循环队列中元素的大小
	closed   uint32               // chan是否关闭的标识
	elemtype *_type               // 循环队列中元素的类型
	sendx    uint                 // 已发送元素在循环队列中的位置
	recvx    uint                 // 已接收元素在循环队列中的位置
	recvq    waitq                // 等待接收的goroutine的等待队列
	sendq    waitq                // 等待发送的goroutine的等待队列
	lock mutex                    // 控制chan并发访问的互斥锁
}

qcount代表chan中已经接收但还没被读取的元素的个数；

dataqsiz代表循环队列的大小；

buf 是指向循环队列的指针，循环队列是大小固定的用来存放chan接收的数据的队列；

elemtype 和 elemsiz 表示循环队列中元素的类型和元素的大小；

sendx：待发送的数据在循环队列buffer中的位置索引；

recvx：待接收的数据在循环队列buffer中的位置索引；

recvq 和 sendq 分别表示等待接收数据的 goroutine 与等待发送数据的 goroutine；

sendq 和 recvq 存储了当前 Channel 由于缓冲区空间不足而阻塞的 Goroutine 列表，这些等待队列使用双向链表 waitq 表示，链表中所有的元素都是 sudog 结构：

type waitq struct {
	first *sudog
	last  *sudog
}

sudog代表着等待队列中的一个goroutine，G与同步对象（指chan）关系是多对多的。一个 G 可以出现在许多等待队列上，因此一个 G 可能有多个sudog。并且多个 G 可能正在等待同一个同步对象，因此一个对象可能有许多 sudog。sudog 是从特殊池中分配出来的。使用 acquireSudog 和 releaseSudog 分配和释放它们。

4. 创建Chan

Channel的创建会使用make关键字：

ch := make(chan int, 10)

编译器编译上述代码，在检查ir节点时，根据节点op不同类型，进行不同的检查，源码如下：

func walkExpr1(n ir.Node, init *ir.Nodes) ir.Node {
	switch n.Op() {
	......
	case ir.OMAKECHAN:
		n := n.(*ir.MakeExpr)
		return walkMakeChan(n, init)
	......
}

编译器会将 make(chan int, 10) 表达式转换成 OMAKE 类型的节点，并在类型检查阶段将 OMAKE 类型的节点转换成 OMAKECHAN 类型，该类型节点会调用walkMakeChan函数处理：

func walkMakeChan(n *ir.MakeExpr, init *ir.Nodes) ir.Node {
	size := n.Len
	fnname := "makechan64"
	argtype := types.Types[types.TINT64]

	if size.Type().IsKind(types.TIDEAL) || size.Type().Size() <= types.Types[types.TUINT].Size() {
		fnname = "makechan"
		argtype = types.Types[types.TINT]
	}

	return mkcall1(chanfn(fnname, 1, n.Type()), n.Type(), init, reflectdata.TypePtr(n.Type()), typecheck.Conv(size, argtype))
}

上述代码默认调用makechan64()函数。如果在make函数中传入的 channel size 大小在 int 范围内，推荐使用 makechan()。因为 makechan() 在 32 位的平台上更快，用的内存更少。

makechan64() 方法在src/runtime/chan.go，只是判断一下传入的入参 size 是否还在 int 范围之内：

func makechan64(t *chantype, size int64) *hchan {
	if int64(int(size)) != size {
		panic(plainError("makechan: size out of range"))
	}

	return makechan(t, int(size))
}

最终创建 channel 调用的还是runtime.makechan() 函数：

func makechan(t *chantype, size int) *hchan {
	elem := t.elem

	// 检查数据项大小不能超过 64KB
	if elem.size >= 1<<16 {
		throw("makechan: invalid channel element type")
	}
        // 检查内存对齐是否正确
	if hchanSize%maxAlign != 0 || elem.align > maxAlign {
		throw("makechan: bad alignment")
	}
        // 缓冲区大小检查，判断是否溢出
	mem, overflow := math.MulUintptr(elem.size, uintptr(size))
	if overflow || mem > maxAlloc-hchanSize || size < 0 {
		panic(plainError("makechan: size out of range"))
	}

	var c *hchan
	switch {
	case mem == 0:
		// 队列或者元素大小为 zero 时，无须创建buf环形队列.
		c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize, nil, true))
		// 竞态检查，利用这个地址进行同步操作.
		c.buf = c.raceaddr()
	case elem.ptrdata == 0:
		// 元素不是指针，分配一块连续的内存给hchan数据结构和缓冲区buf
		c = (*hchan)(mallocgc(hchanSize+mem, nil, true))
                // 表示hchan后面在内存里紧跟着就是buf环形队列
		c.buf = add(unsafe.Pointer(c), hchanSize)
	default:
		// 元素包含指针，单独分配环形队列buf
		c = new(hchan)
		c.buf = mallocgc(mem, elem, true)
	}
        
        // 设置元素个数、元素类型给创建的chan
	c.elemsize = uint16(elem.size)
	c.elemtype = elem
	c.dataqsiz = uint(size)
	lockInit(&c.lock, lockRankHchan)

	if debugChan {
		print("makechan: chan=", c, "; elemsize=", elem.size, "; dataqsiz=", size, "\n")
	}
	return c
}

上面这段 makechan() 代码主要目的是生成 *hchan 对象。重点关注 switch-case 中的 3 种情况：

当队列或者元素大小为 0 时，调用 mallocgc() 在堆上为 channel 开辟一段大小为 hchanSize 的内存空间；
当元素类型不是指针类型时，调用 mallocgc() 在堆上为 channel 和底层 buf 缓冲区数组开辟一段大小为 hchanSize + mem 连续的内存空间；
默认情况元素类型中有指针类型，调用 mallocgc() 在堆上分别为 channel 和 buf 缓冲区分配内存。

这里需要解释下：当存储在 buf 中的元素不包含指针时，hchan 中也不包含 GC 关心的指针。buf 指向一段相同元素类型的内存，elemtype 固定不变。受到垃圾回收器的限制，指针类型的缓冲 buf 需要单独分配内存。

channel本身是引用类型，其创建全部调用的是 mallocgc()，在堆上开辟的内存空间，说明 channel 本身会被 GC 自动回收。

5.发送数据

向 channel 中发送数据使用 ch <- 1 代码，编译器在编译它时，会把它解析成OSEND节点：

func walkExpr1(n ir.Node, init *ir.Nodes) ir.Node {
	switch n.Op() {
	......
	case ir.OSEND:
		n := n.(*ir.SendStmt)
		return walkSend(n, init)
	......
}

对OSEND节点会调用 walkSend()函数处理：

func walkSend(n *ir.SendStmt, init *ir.Nodes) ir.Node {
	n1 := n.Value
	n1 = typecheck.AssignConv(n1, n.Chan.Type().Elem(), "chan send")
	n1 = walkExpr(n1, init)
	n1 = typecheck.NodAddr(n1)
	return mkcall1(chanfn("chansend1", 2, n.Chan.Type()), nil, init, n.Chan, n1)
}

运行时的chansend1()函数实际调用的是chansend()：

func chansend1(c *hchan, elem unsafe.Pointer) {
	chansend(c, elem, true, getcallerpc())
}

chansend()函数的主要逻辑是：

1）在chan为 nil 未初始化的情况下，对于select这种非阻塞的发送，直接返回 false；对于阻塞的发送，将 goroutine 挂起，并且永远不会返回；

func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {
        // 如果chan为nil
	if c == nil {
                // 对于select这种非阻塞的发送,直接返回
		if !block {
			return false
		}
                // 对于阻塞的通道，将 goroutine 挂起
		gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2)
		throw("unreachable")
	}
        ......
}

2）非阻塞发送的情况下，当 channel 不为 nil，并且 channel 没有关闭时，如果没有缓冲区且没有接收者receiver，或者缓冲区已经满了，返回 false；

        if !block && c.closed == 0 && full(c) {
		return false
	}

full() 方法作用是判断在 channel 上发送是否会阻塞，用来判断的参数是qcount，c.recvq.first，dataqsiz，前两个变量都是单字长的，所以对它们单个值的读操作是原子性的。dataqsiz字段，它在创建完 channel 以后是不可变的，因此它可以安全的在任意时刻读取。

func full(c *hchan) bool {
	// 如果循环队列大小为0
	if c.dataqsiz == 0 {
		// 假设指针读取是近似原子性的，这里用来判断没有接收者
		return c.recvq.first == nil
	}
	// 队列满了
	return c.qcount == c.dataqsiz
}

3）接下来，对chan加锁，判断chan不是关闭状态，再从recvq队列中取出一个接收者，如果接收者存在，则直接向它发送消息，绕过循环队列buf，此时，由于有接收者存在，则循环队列buf一定是空的；

        ......
        // 对chan加锁
        lock(&c.lock)
   
        // 检查chan是否关闭
	if c.closed != 0 {
		unlock(&c.lock)
		panic(plainError("send on closed channel"))
	}

        // 从 recvq 中取出一个接收者
	if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil {
		// 如果接收者存在，直接向该接收者发送数据，绕过循环队列buf
		send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3)
		return true
	}
        ......

send() 函数主要完成了 2 件事：调用 sendDirect() 函数将数据拷贝到了接收者的内存地址上；调用 goready() 将等待接收的阻塞 goroutine 的状态从 Gwaiting 或者 Gscanwaiting 改变成 Grunnable。

func send(c *hchan, sg *sudog, ep unsafe.Pointer, unlockf func(), skip int) {
	......
	if sg.elem != nil {
                // 直接把要发送的数据拷贝到receiver的内存地址
		sendDirect(c.elemtype, sg, ep)
		sg.elem = nil
	}
	gp := sg.g
	unlockf()
	gp.param = unsafe.Pointer(sg)
	sg.success = true
	if sg.releasetime != 0 {
		sg.releasetime = cputicks()
	}
        // 唤醒等待的接收者goroutine
	goready(gp, skip+1)
}

4）回到chansend()方法，接下来是有缓冲区的异步发送的逻辑；

	// 如果缓冲区没有满，直接将要发送的数据复制到缓冲区
        if c.qcount < c.dataqsiz {
		// 找到要发送数据到循环队列buf的索引位置
		qp := chanbuf(c, c.sendx)
		......
                // 数据拷贝到循环队列中
		typedmemmove(c.elemtype, qp, ep)
                // 将待发送数据索引加1，由于是循环队列，如果到了末尾，从0开始
		c.sendx++
		if c.sendx == c.dataqsiz {
			c.sendx = 0
		}
                // chan中元素个数加1，释放锁返回true
		c.qcount++
		unlock(&c.lock)
		return true
	}

如果缓冲区buf还没有满，调用 chanbuf() 获取 sendx 索引的元素指针值。调用 typedmemmove() 方法将发送的值拷贝到缓冲区 buf 中。拷贝完成，增加 sendx 索引下标值和 qcount 个数。

5）如果执行前面的步骤还没有成功发送，就表示缓冲区没有空间了，而且也没有任何接收者在等待。后面需要将 goroutine 挂起然后等待新的接收者了。

        // 缓冲区没有空间，对于select这种非阻塞调用直接返回false
        if !block {
		unlock(&c.lock)
		return false
	}

	// 下面的逻辑是将当前goroutine挂起
        // 调用 getg()方法获取当前goroutine的指针，用于绑定给一个 sudog
	gp := getg()
        // 调用 acquireSudog()方法获取一个 sudog，可能是新建的 sudog，也有可能是从缓存中获取的。设置好sudog要发送的数据和状态。比如发送的 Channel、是否在 select 中和待发送数据的内存地址等等。
	mysg := acquireSudog()
	mysg.releasetime = 0
	if t0 != 0 {
		mysg.releasetime = -1
	}
	
	mysg.elem = ep
	mysg.waitlink = nil
	mysg.g = gp
	mysg.isSelect = false
	mysg.c = c
	gp.waiting = mysg
	gp.param = nil
        // 调用 c.sendq.enqueue 方法将配置好的 sudog 加入待发送的等待队列
	c.sendq.enqueue(mysg)
	atomic.Store8(&gp.parkingOnChan, 1)
        // 调用gopark方法挂起当前goroutine，状态为waitReasonChanSend，阻塞等待channel接收者的激活
	gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 2)
	// 最后，KeepAlive() 确保发送的值保持活动状态，直到接收者将其复制出来
	KeepAlive(ep)

6）chansend()方法最后的代码是当goroutine唤醒以后，解除阻塞的状态；

func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool {
        ......
	if mysg != gp.waiting {
		throw("G waiting list is corrupted")
	}
	gp.waiting = nil
	gp.activeStackChans = false
	closed := !mysg.success
	gp.param = nil
	if mysg.releasetime > 0 {
		blockevent(mysg.releasetime-t0, 2)
	}
	mysg.c = nil
	releaseSudog(mysg)
	if closed {
		if c.closed == 0 {
			throw("chansend: spurious wakeup")
		}
		panic(plainError("send on closed channel"))
	}
	return true
}

综上所述：

1）首先select这种非阻塞的发送，判断两种情况；

2）然后是一般的阻塞调用，先判断recvq等待接收队列是否为空，不为空说明缓冲区中没有内容或者是一个无缓冲channel；

2）如果recvq有接收者，则缓冲区一定为空，直接从recvq中取出一个goroutine，然后写入数据，接着唤醒 goroutine，结束发送过程； 3）如果缓冲区有空余的位置，写入数据到缓冲区，完成发送； 4）如果缓冲区满了，那么就把发送数据的goroutine放到sendq中，进入睡眠，等待该goroutine被唤醒。

6.接收数据

从channel中接收数据的代码是：

i <- ch
i, ok <- ch

经过编译器的处理，会解析成ORECV节点，后者会在类型检查阶段被转换成 OAS2RECV 类型。最终，这两种不同的 channel 接收方式会转换成 runtime.chanrecv1 和 runtime.chanrecv2 两种不同函数的调用，但是最终核心逻辑还是在 runtime.chanrecv 中。

下面直接看chanrecv()方法的逻辑：

1）chanrecv()方法有两个返回值，selected, received bool，前者表示是否接收到值，后者表示接收的值是否关闭后发送的。有三种情况：如果是非阻塞的情况，没有数据可以接收，则返回 (false,flase)；如果 chan 已经关闭了，将 ep 指向的值置为 0值，并且返回 (true, false)；其它情况返回值为 (true,true)，表示成功从 chan 中获取到了数据，且是chan未关闭发送；

// If block == false and no elements are available, returns (false, false).
// Otherwise, if c is closed, zeros *ep and returns (true, false).
// Otherwise, fills in *ep with an element and returns (true, true).
func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) {
         ......
}

2）首先判断如果chan为空，且是select这种非阻塞调用，那么直接返回 (false,false)，否则阻塞当前的goroutine；

func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) {
	......
        // 如果c为空
	if c == nil {
                // 如果c为空且是非阻塞调用，那么直接返回 (false,false)
		if !block {
			return
		}
                //阻塞当前的goroutine
		gopark(nil, nil, waitReasonChanReceiveNilChan, traceEvGoStop, 2)
		throw("unreachable")
	}
        ......
}

3）如果是非阻塞调用，通过empty()方法原子判断是无缓冲chan或者是chan中没有数据且chan没有关闭，则返回（false,false），如果chan关闭，为了防止检查期间的状态变化，二次调用empty()进行原子检查，如果是无缓冲chan或者是chan中没有数据，返回 (true, false)，这里的第一个true表示chan关闭后读取的 0 值；

        //非阻塞调用，通过empty()判断是无缓冲chan或者是chan中没有数据
	if !block && empty(c) {
		// 如果chan没有关闭，则直接返回 (false, false)
		if atomic.Load(&c.closed) == 0 {
			return
		}
		
                // 如果chan关闭, 为了防止检查期间的状态变化，二次调用empty()进行原子检查，如果是无缓冲chan或者是chan中没有数据，返回 (true, false)
		if empty(c) {
			if raceenabled {
				raceacquire(c.raceaddr())
			}
			if ep != nil {
				typedmemclr(c.elemtype, ep)
			}
			return true, false
		}
	}

func empty(c *hchan) bool {
	// c.dataqsiz 是不可变的
	if c.dataqsiz == 0 {
		return atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&c.sendq.first)) == nil
	}
	return atomic.Loaduint(&c.qcount) == 0
}

4）接下来阻塞调用的逻辑，chanrecv方法对chan加锁，判断chan如果已经关闭，并且chan中没有数据，返回 (true,false)，这里的第一个true表示chan关闭后读取的 0 值；

        ......
        // 对chan加锁
        lock(&c.lock)
        // 如果已经关闭，并且chan中没有数据，返回 (true,false)
	if c.closed != 0 && c.qcount == 0 {
		if raceenabled {
			raceacquire(c.raceaddr())
		}
		unlock(&c.lock)
		if ep != nil {
			typedmemclr(c.elemtype, ep)
		}
		return true, false
	}
        ......

5）接下来，从发送队列中获取一个等待发送的 goroutine，即取出等待队列队头的 goroutine。如果缓冲区的大小为 0，则直接从发送方接收值。否则，对应缓冲区满的情况，从队列的头部接收数据，发送者的值添加到队列的末尾（此时队列已满，因此两者都映射到缓冲区中的同一个下标）。这里需要注意，由于有发送者在等待，所以如果有缓冲区，那么缓冲区一定是满的。

       ......
       // 从发送者队列获取等待发送的 goroutine	
       if sg := c.sendq.dequeue(); sg != nil {
		//在 channel 的发送队列中找到了等待发送的 goroutine，取出队头等待的 goroutine。如果缓冲区的大小为 0，则直接从发送方接收值。否则，对应缓冲区满的情况，从队列的头部接收数据，发送者的值添加到队列的末尾（此时队列已满，因此两者都映射到缓冲区中的同一个下标）
		recv(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3)
		return true, true
	}

func recv(c *hchan, sg *sudog, ep unsafe.Pointer, unlockf func(), skip int) {
	if c.dataqsiz == 0 {
		if raceenabled {
			racesync(c, sg)
		}
		if ep != nil {
			// 从发送者sender里面拷贝数据
			recvDirect(c.elemtype, sg, ep)
		}
	} else {
		// 队列是满的
		qp := chanbuf(c, c.recvx)
		if raceenabled {
			racenotify(c, c.recvx, nil)
			racenotify(c, c.recvx, sg)
		}
		// 从缓冲区拷贝数据给接收者receiver
		if ep != nil {
			typedmemmove(c.elemtype, ep, qp)
		}
		// 从发送者sender拷贝数据到缓冲区
		typedmemmove(c.elemtype, qp, sg.elem)
		c.recvx++
		if c.recvx == c.dataqsiz {
			c.recvx = 0
		}
		c.sendx = c.recvx // c.sendx = (c.sendx+1) % c.dataqsiz
	}
	sg.elem = nil
	gp := sg.g
	unlockf()
	gp.param = unsafe.Pointer(sg)
	sg.success = true
	if sg.releasetime != 0 {
		sg.releasetime = cputicks()
	}
        // 唤醒发送者
	goready(gp, skip+1)
}

recv()方法先判断chan是否无缓冲，如果是，则直接从发送者sender那里拷贝数据，如果有缓存区，由于有发送者，此时缓冲区的循环队列一定是满的，会先从缓冲区拷贝数据给接收者receiver，然后将发送者的数据拷贝到缓冲区，满足FIFO。最后，唤醒发送者的goroutine。

6）接下来，是异步接收逻辑，如果缓冲区有数据，直接从缓冲区接收数据，即将缓冲区recvx指向的数据复制到ep接收地址，并且将recvx加1；

	 ......
         // 如果缓冲区有数据
         if c.qcount > 0 {
		// 直接从缓冲区接收数据
		qp := chanbuf(c, c.recvx)
		if raceenabled {
			racenotify(c, c.recvx, nil)
		}
                // 接收数据地址ep不为空，直接从缓冲区复制数据到ep
		if ep != nil {
			typedmemmove(c.elemtype, ep, qp)
		}
		typedmemclr(c.elemtype, qp)
                // 待接收索引加1
		c.recvx++
                // 循环队列，如果到了末尾，从0开始
		if c.recvx == c.dataqsiz {
			c.recvx = 0
		}
                // 缓冲区数据减1
		c.qcount--
		unlock(&c.lock)
		return true, true
	}
        ......

7）然后，是缓冲区没有数据的情况；如果是select这种非阻塞读取的情况，直接返回(false, false)，表示获取不到数据；否则，会获取sudog绑定当前接收者goroutine，调用gopark()挂起当前接收者goroutine，等待chan的其他发送者唤醒；

        ......
        // 如果是select非阻塞读取的情况，直接返回(false, false)
        if !block {
		unlock(&c.lock)
		return false, false
	}

	// 没有发送者，挂起当前goroutine
        // 获取当前 goroutine 的指针，用于绑定给一个 sudog
	gp := getg()
        // 调用 acquireSudog() 方法获取一个 sudog，可能是新建的 sudog，也有可能是从缓存中获取的。设置好 sudog 要发送的数据和状态
	mysg := acquireSudog()
	mysg.releasetime = 0
	if t0 != 0 {
		mysg.releasetime = -1
	}
	
	mysg.elem = ep
	mysg.waitlink = nil
	gp.waiting = mysg
	mysg.g = gp
	mysg.isSelect = false
	mysg.c = c
	gp.param = nil
        // 将配置好的 sudog 加入待发送的等待队列
	c.recvq.enqueue(mysg)
	atomic.Store8(&gp.parkingOnChan, 1)
        // 挂起当前 goroutine
	gopark(chanparkcommit, unsafe.Pointer(&c.lock), waitReasonChanReceive, traceEvGoBlockRecv, 2)
        ......

8）最后，当前goroutine被唤醒，完成chan数据的接收，之后进行参数检查，解除chan绑定，并释放sudog。

func chanrecv(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool) (selected, received bool) {
	......
        // 当前goroutine被唤醒，完成chan数据的接收，之后进行参数检查，解除chan绑定，并释放sudog
	if mysg != gp.waiting {
		throw("G waiting list is corrupted")
	}
	gp.waiting = nil
	gp.activeStackChans = false
	if mysg.releasetime > 0 {
		blockevent(mysg.releasetime-t0, 2)
	}
	success := mysg.success
	gp.param = nil
	mysg.c = nil
	releaseSudog(mysg)
	return true, success
}

综上分析，从chan接收数据的流程如下：

1）也是先判断select这种非阻塞接收的两种情况（block为false）；然后是加锁进行阻塞调用的逻辑；

2）同步接收：如果发送者队列sendq不为空，且没有缓存区，直接从sendq中取出一个goroutine，读取当前goroutine中的消息，唤醒goroutine, 结束读取的过程； 3）同步接收：如果发送者队列sendq不为空，说明缓冲区已经满了，移动recvx指针的位置，取出一个数据，同时在sendq中取出一个goroutine，拷贝里面的数据到buf中，结束当前读取； 4）异步接收：如果发送者队列sendq为空，且缓冲区有数据，直接在缓冲区取出数据，完成本次读取； 5）阻塞接收：如果发送者队列sendq为空，且缓冲区没有数据。将当前goroutine加入recvq，进入睡眠，等待被发送者goroutine唤醒。

7.关闭Chan

关闭chan的代码是 close(ch)，编译器会将其转为调用 runtime.closechan() 方法。

func closechan(c *hchan) {
        // 如果chan为空，此时关闭它会panic
	if c == nil {
		panic(plainError("close of nil channel"))
	}
        
        // 加锁
	lock(&c.lock)
        // 如果chan已经关闭了，再次关闭它会panic
	if c.closed != 0 {
		unlock(&c.lock)
		panic(plainError("close of closed channel"))
	}

	if raceenabled {
		callerpc := getcallerpc()
		racewritepc(c.raceaddr(), callerpc, abi.FuncPCABIInternal(closechan))
		racerelease(c.raceaddr())
	}
        // 设置chan的closed状态为关闭
	c.closed = 1
        // 申明一个存放所有接收者和发送者goroutine的list
	var glist gList

	//获取recvq里的所有接收者
	for {
		sg := c.recvq.dequeue()
		if sg == nil {
			break
		}
		if sg.elem != nil {
			typedmemclr(c.elemtype, sg.elem)
			sg.elem = nil
		}
		if sg.releasetime != 0 {
			sg.releasetime = cputicks()
		}
		gp := sg.g
		gp.param = unsafe.Pointer(sg)
		sg.success = false
		if raceenabled {
			raceacquireg(gp, c.raceaddr())
		}
                // 放入队列glist中
		glist.push(gp)
	}

	// 获取所有发送者
	for {
		sg := c.sendq.dequeue()
		if sg == nil {
			break
		}
		sg.elem = nil
		if sg.releasetime != 0 {
			sg.releasetime = cputicks()
		}
		gp := sg.g
		gp.param = unsafe.Pointer(sg)
		sg.success = false
		if raceenabled {
			raceacquireg(gp, c.raceaddr())
		}
                // 放入队列glist中
		glist.push(gp)
	}
	unlock(&c.lock)

	// 唤醒所有的glist中的goroutine 
	for !glist.empty() {
		gp := glist.pop()
		gp.schedlink = 0
		goready(gp, 3)
	}
}

关闭chan的步骤是：

1）先检查异常情况，当 Channel 是一个 nil 空指针或者关闭一个已经关闭的 channel 时，Go 语言运行时都会直接 panic；

2）关闭的主要工作是释放所有的接收者和发送者：将所有的接收者 readers 的 sudog 等待队列（recvq）加入到待清除队列 glist 中。注意这里是先回收接收者，因为从一个关闭的 channel 中读数据，不会发生 panic，顶多读到一个默认零值。再回收发送者 senders，将发送者的等待队列 sendq 中的 sudog 放入待清除队列 glist 中。注意这里可能会产生 panic，因为往一个关闭的 channel 中发送数据，会产生 panic。

8.总结

Channel是基于有锁队列实现数据在不同协程之间传输的通道，数据传输的方式其实就是值传递，引用类型数据的传递是地址拷贝。

有别于通过共享内存加锁的方式在协程之间传输数据，通过channel传递数据，这些数据的所有权也可以在goroutine之间传输。当 goroutine 向 channel 发送值时，我们可以看到 goroutine 释放了一些值的所有权。当一个 goroutine 从一个 channel 接收到一个值时，可以看到 goroutine 获得了一些值的所有权。

channel常见的读写异常情况如下表所示：

channel操作	chan为nil	关闭的chan	非空、未关闭的chan
读 <- chan	阻塞	里面的内容读完了，之后获取到的是类型的零值	阻塞或正常读取数据。缓冲型 channel 为空或非缓冲型 channel 没有等待发送者时会阻塞
写 chan <-	阻塞	panic	阻塞或正常写入数据。非缓冲型 channel 没有等待接收者或缓冲型 channel buf 满时会被阻塞
关闭 close(chan)	panic	panic	关闭成功