golang各种channel操作的底层实现

　　首先，未初始化的channel变量值为nil：
　　channel底层其实就是个指针，这个下面会讲，所以其nil值，在底层就是用0表示的，如上面的输出。
　　上图是main函数的汇编，其中选中的两行，就是调用p函数的逻辑。
　　p函数的参数是通过ax寄存器传递的，由上图可见，在调用p函数之前，ax寄存器的值，通过xorl指令进行了清零，这也是channel变量的nil值，在底层是用0表示的另一个佐证。
　　channel是通过make函数创建的，make可以创建unbuffered channel，也可以创建buffered channel：
　　make其实并不是一个真正的函数，它会在编译阶段，被go编译器替换为对runtime.makechan函数的调用：
　　该替换信息也可以通过汇编查看：
　　上图中选中行为make函数的汇编逻辑，其中hello.go:8的第四行，和hello.go:11的第三行，都是在调用runtime.makechan函数。
　　在看runtime.makechan函数之前，我们先通过上图的汇编，看下make创建unbuffered channel和buffered channel的方式有什么不同。
　　源码中第8行是创建unbuffered channel，对应到汇编里，就是上图中hello.go:8的那4行。
　　源码中第11行是创建buffered channel，对应到汇编里，就是上图中hello.go:11的那4行
　　由上图可见，hello.go:8和hello.go:11的逻辑基本相同，都是先将要创建channel的类型，放到ax寄存器里，然后将要创建channel的buffer size，放到bx寄存器里，最后调用runtime.makechan函数，转入真正的创建channel逻辑。
　　这里需要说明一下，go函数之间的调用，其参数和结果的传递，主要是通过寄存器来完成的（go1.17之后，之前是通过栈），对于上面的makechan函数来说，第一个参数是通过ax寄存器传递的，第二个参数是通过bx寄存器传递的。
　　有关go函数之间调用，参数和结果传递方式的具体规则，请参考以下文档：
　　https://github.com/golang/go/blob/master/src/cmd/compile/abi-internal.md
　　再回到上面的问题，由上图汇编可见，创建unbuffered channel和buffered channel的流程是一样的，唯一区别就是bx寄存器的值不同，即指定的buffer size不一样。
　　hello.go:8是创建unbuffered channel，bx的值是0，hello.go:11是创建buffered channel，bx的值是8，即我们在源码中指定的值。
　　所以，make(chan int)其实等价于make(chan int, 0)，即buffer size等于0。
　　接下来我们看一下runtime.makechan函数的实现：
　　连接上文，参数t，即channel的类型，是通过ax寄存器传递的，参数size，即channel的buffer size，是通过bx寄存器传递的。
　　上面我们也提到，channel变量底层其实就是个指针，该指针的类型，就是上图中makechan函数的返回类型*hchan：
　　hchan结构体各字段的用途是：
　　qcount表示的是当前channel的buffer里已经缓冲了几个元素。如果是unbuffered channel，该字段一直为0。
　　dataqsiz表示的是当前channel的buffer里最多可缓冲几个元素，即上文我们提到的buffer size。如果是unbuffered channel，该字段一直为0。
　　buf指向的是用于接受缓冲元素的总内存，我们可以把它理解成一个数组，数组的元素类型就是channel的元素类型，数组的最大容量，就是上面dataqsiz的值。如果是unbuffered channel，该buf不用分配。
　　elemsize表示的是channel元素类型的大小。
　　closed表示的是当前channel是否已关闭，即调用过close(c)方法。
　　elemtype表示的是channel的元素类型。
　　sendx表示的是下一次向channel中发送数据，该数据会被拷贝到buf字段表示的元素数组的位置，当该位置超过数组最大值以后，会从0重新开始。如果是unbuffered channel，该字段一直为0。
　　recvx表示的是下一次从channel中接收数据，该接收会从buf字段表示数组的recvx位置拷贝数据到目标内存。如果是unbuffered channel，该字段一直为0。
　　recvq表示的是等待从channel中接受数据的goroutine队列。当buf中缓冲的元素个数为0，且sendq表示的等待发送数据的goroutine队列为空时，再有goroutine想从这个channel中读取数据，就会被阻塞等待在这里队列里。
　　sendq表示的是等待向channel中发送数据的goroutine队列。当buf中缓冲的元素个数已达到最大值，且recvq表示的等待接受数据的goroutine队列为空时，再有goroutine想向这个channel里发送数据，就会被阻塞等待在这个队列里。
　　lock表示的是channel的锁，为了保证channel读写的并发安全，channel的很多操作都是加锁的。
　　有关以上字段是如何配合使用的，这个会在下文的各种示例分析中看到。
　　这里有一点需要注意的是，因为channel的元素传递是拷贝操作，所以如果channel元素类型占较大内存，要考虑是否应该传递其指针。
　　上面makechan的那张图中，83到85行是调试信息，如果debugChan为true，则在创建channel时，会输出channel的元素大小，及可缓冲的元素个数等信息。
　　下面我们修改下debugChan的值，然后写个例子看下其输出。
　　示例代码：
　　go build构建程序并执行：
　　上图选中行中，第一行是make(chan S)的输出，该make创建的channel，元素大小为80字节，可缓冲元素个数为0。
　　第二行是make(chan S, 8)的输出，它创建的channel，元素大小也为80字节，可缓冲元素个数为8。
　　因为channel元素传递是拷贝操作，所以对于这个示例来说，每次send或receive时，都要拷贝80字节，此种情况下，就应该考虑将该channel改为传递S的指针，而不是S本身。
　　接下来看下如何向channel中发送数据：
　　也是在编译阶段，c <- v被转成了对runtime.chansend1函数的调用：
　　同样，我们也可以根据汇编代码得出该信息：
　　上图是send函数的汇编逻辑，其中和发送相关的，是上图中的选中行，即hello.go:10的那4行。
　　根据go的calling convention可知，上面示例中的send函数在被调用时，参数c被放到了ax寄存器里，参数v被放到了bx寄存器里。
　　再看上图中的汇编代码，hello.go:10中的第一行把bx的值，放到了栈的0x10(SP)位置，接着把该位置的地址，又放到了bx里，也就是说，此时bx里存放的是参数v的地址。
　　接着在hello.go:10中的第四行，调用runtime.chansend1函数，该函数的两个参数，代表channel的变量c，以及要发送的值v的地址，同样也是通过ax和bx传递过去。
　　来看下runtime.chansend1函数：
　　该函数的参数c，就是上面示例中send函数的参数c，该函数的参数elem，就是上面示例中send函数参数v的地址。
　　该函数又调用了chansend函数：
　　chansend函数是向channel发送数据的主体逻辑，其大致步骤请参考上图中的注释，同时也可以结合上文提到的，hchan结构体中各字段的意义，来理解这段代码。
　　由上图可见，为了保证逻辑的正确性，向channel发送数据的操作都进行了加锁，所以，虽然channel面向用户来说是无锁的，但其内部实现是依靠锁来完成的。
　　再来看下从channel中接收数据：
　　在编译阶段，v := <-c 被转换成了对函数runtime.chanrecv1的调用：
　　对照汇编进一步确认：
　　上图是receive函数的汇编逻辑，当该函数被调用时，ax寄存器里的值是receive函数的参数c，即channel变量。
　　上图选中行，是v := <-c的汇编代码，它先将0x10(SP)开始的8字节内存清零，然后再将该内存的地址赋值给bx，最后调用runtime.chanrecv1。
　　由此我们可以推测，runtime.chanrecv1函数应该有两个参数，一个是channel变量，另一个是内存地址，用于存放要接收到的数据。
　　看下runtime.chanrecv1：
　　参数类型与个数和我们推测的一样，它又调用了chanrecv：
　　chanrecv是从channel中接收数据的主体逻辑，其大致步骤请参考上图中的注释，同时也可以结合上文提到的，hchan结构体中各字段的意义，来理解这段代码。
　　和chansend类似，chanrecv的主体逻辑也是在加锁下完成的。
　　以上就是channel的创建，发送数据，接受数据等主要操作的实现，了解这些实现，就算是对channel有一个比较好的理解了。
　　但除此之外，channel还有一些细节知识，需要我们注意。
　　1. 向nil channel发送数据会永久阻塞
　　上图示例中是在向nil channel发送数据，但似乎没成功，并不像之前说的，向nil channel发送数据会永久阻塞。
　　其实，这个错误是go内部检查死锁的机制，它并不是由向nil channel发送数据引起的。
　　比如，下面的写法也会报这个错：
　　上图示例中创建了一个unbuffered channel，然后向其发送数据，也报错了，因为这种写法会自己阻塞自己。
　　那如何不报这个错，然后可以看到，向nil channel发送数据会永久阻塞呢？
　　看下面这个例子：
　　再开一个goroutine就好了，在这个示例中，c <- 8 会一直阻塞，没有返回。
　　向nil channel发送数据会永久阻塞，对应的底层实现为：
　　2. 向closed channel发送数据会发生run-time panic
　　对应的底层实现为：
　　3. 从nil channel中接收数据会永久阻塞
　　对应的底层实现为：
　　4. 从closed channel中接收数据，会返回channel元素类型的zero value
　　对应的底层实现为：
　　从上图中还可以得出一个结论，就是即使channel被关闭了，如果channel buffer中有数据，还是会正常返回数据。
　　5. 从channel中接收数据可以有两个返回值，第二个返回值可近似表示channel是否已关闭
　　该示例main函数的汇编代码：
　　由上面的选中行可知，编译器将v, ok := <-c转成了对runtime.chanrecv2函数的调用：
　　chanrecv2除了将从channel中接收的数据，拷贝到elem指针指向的内存外，还返回了一个received布尔值。
　　当channel被关闭后，且其buffer中没有数据，再从channel中接收数据，chanrecv2返回的received值就为false，表示channel已经被关闭了。
　　6. 对channel的len和cap操作是无锁的
　　其main函数的汇编为：
　　上图中第13行汇编 MOVQ 0(AX), CX 表示的是示例中的len(c) 操作，第21行汇编 MOVQ 0x8(CX), CX 表示的是示例中的 cap(c) 操作。
　　由上图可见，对channel的len和cap操作，在汇编层面都是一条mov指令，并不像之前的，比如对channel的接收操作，是转换成对runtime.chanrecv1函数的调用，且在该函数中，有加锁解锁操作。
　　综上可知，对channel的len和cap操作是无锁的。
　　那为什么这两条mov指令，就可以获得channel的len和cap值呢？
　　首先看上图汇编，13行中的ax和21行中的cx，存放的都是新建channel结构体的地址。
　　那这两条mov指令的意思是：
　　MOVQ 0(AX), CX -> 将channel结构体偏移量为0位置上的8字节放入cx中
　　MOVQ 0x8(CX), CX -> 将channel结构体偏移量为8位置上的8字节放入cx中
　　再看下channel结构体的定义：
　　该结构体偏移量为0位置上的8字节，就是qcount，即当前channel buffer中已经缓冲的元素个数，也就是len(c)。
　　偏移量为8位置上的8字节，就是dataqsiz，即当前channel buffer中最大能缓冲的元素个数，也就是cap(c)。
　　7. close一个receive-only channel会编译时报错
　　对应的编译器实现：
　　8. close一个nil channel或closed channel会发生runtime panic
　　对应的底层实现为：
　　9. channel的for range形式
　　for range形式其实是语法糖，在编译阶段，其会被转换成类似上图注释那样的for循环。
　　对应的编译器转换代码为：
　　我们也可以根据汇编，看for range转化后的样子：
　　由上图可见，在汇编层面，其一直在调用runtime.chanrecv2函数，这个函数上面我们也提到过，就是对应于v, ok := <-c操作。
　　channel的select形式在go内的实现比较复杂，我们来分步讲下。
　　10. 空select语句永久阻塞
　　对应的底层实现为：
　　上图中的block对应于runtime.block函数：
　　即永久阻塞。
　　11. 只有一个case的情况，会直接转换成对channel的操作，等价于没有select部分：
　　通过上图的汇编可见，示例中操作1和2是等价的。
　　编译器中对一个case的转换代码为：
　　12. 有两个case，且其中一个是default，会转换成对channel的非阻塞操作，如果没成功，则会执行default语句：
　　上图中的runtime.selectnbsend就是c <- 1的非阻塞版，其源码为：
　　selectnbsend函数内会调用chansend，该函数正是我们之前说的，向channel发送数据的函数，其中false参数表示该发送是非阻塞的。
　　上图中的selectnbrecv也是非阻塞的从channel中接收数据，对应于select只有两个case，其中一个case是v <- c，另外一个是default的情况。
　　编译器对该类情况的转换代码为：
　　13. 其他情况就是select的通用形式了，编译器会把select语句转换成对runtime.selectgo函数的调用：
　　对应的汇编代码：
　　对应的编译器转换代码：
　　selectgo函数会在各个已经就绪的channel里，随机选择一个执行，因为逻辑非常多，这里就展示下该函数的代码位置，有兴趣的可以自己看下：
　　有关selectgo是随机选择就绪channel的，我们可以写个测试验证下：
　　看到没，两个值基本相同。
　　好了，以上就是各种channel操作对应的底层实现，希望通过此篇文章，能让大家对golang中的channel有更好的了解。