golang的select实现原理剖析

<h1>写在最前面</h1>

select为golang提供了多路IO复用机制，和其他IO复用一样，用于检测是否有读写事件是否ready。

本文将介绍一下golang的select的用法和实现原理。

<h1 id="h1_7">实现原理</h1>

golang实现select的时候，实际上为每一个case语句定义了一个数据结构，select语句块执行的时候，实际上可以类比成对一个case数组处理的代码块（或者函数），然后程序流程转到选中的case块。

<h2 id="h2_8">case数据结构</h2>

源码包<code>src/runtime/select.go:scase</code>定义了表示case语句的数据结构：

<pre class="brush:go;gutter:true;">type scase struct { c *hchan // chan kind uint16 elem unsafe.Pointer // data element } </pre>

　　scase.c表示当前case语句操作的chan指针，这也表明一个case只能监听一个chan。

　　scase.kind表示当前的chan是可读还是可写channel或者是default。三种类型分别由常量定义：

<ul><li>caseRecv：case语句中尝试读取scase.c中的数据；</li><li>caseSend：case语句中尝试向scase.c中写入数据；</li><li>caseDefault： default语句</li></ul>

　　scase.elem表示缓冲区地址，跟据scase.kind不同，有不同的用途：

<ul><li>scase.kind == caseRecv ： scase.elem表示读出channel的数据存放地址；</li><li>scase.kind == caseSend ： scase.elem表示将要写入channel的数据存放地址；</li></ul><h2 id="h2_9">select实现逻辑</h2>

源码包<code>src/runtime/select.go:selectgo()</code>定义了select选择case的函数：

<pre class="brush:go;gutter:true;">// selectgo implements the select statement. // // *sel is on the current goroutine's stack (regardless of any // escaping in selectgo). // // selectgo returns the index of the chosen scase, which matches the // ordinal position of its respective select{recv,send,default} call. func selectgo(sel *hselect) int {
} </pre>

　　其中数据结构hselect如下：

<pre class="brush:go;gutter:true;">// Select statement header. // Known to compiler. // Changes here must also be made in src/cmd/internal/gc/select.go's selecttype. type hselect struct { tcase uint16 // total count of scase[] ncase uint16 // currently filled scase[] pollorder *uint16 // case poll order lockorder *uint16 // channel lock order scase [1]scase // one per case (in order of appearance) } </pre>

hselect.tcase存的是scase总数。

hselect.pollorder是保存scase的随机后的序列。以达到随机检测case的目的。

hselect.lockorder是保存的channel地址。所有case语句中channel序列，以达到去重防止对channel加锁时重复加锁的目的。

selectgo返回int，表示选中的scase，也就是ready的channel index。

该函数执行逻辑大致如下：

<span class="hljs-comment">1. 锁定scase语句中所有的channel </span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">2. 按照随机顺序检测scase中的channel是否ready </span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">　　2.1 如果case可读，则读取channel中数据，解锁所有的channel，然后返回(case index) </span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">　　<span class="hljs-comment">2.2 如果case可写，则将数据写入channel，解锁所有的channel，然后返回(case index)<span class="hljs-comment">
</span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">　　2.3 所有case都未ready，则解锁所有的channel，然后返回（default index）</span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">3. 所有case都未ready，且没有default语句 </span></span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">　　<span class="hljs-comment"> 3.1 将当前协程加入到所有channel的等待队列 </span></span></span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"> 　　3.2 当将协程转入阻塞，等待被唤醒 </span></span></span></span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">4. 唤醒后返回channel对应的case index <span class="hljs-comment">
</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">　　4.1 如果是读操作，解锁所有的channel，然后返回(case index) </span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>

<span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment">　　<span class="hljs-comment">4.2 如果是写操作，解锁所有的channel，然后返回(case index)</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>