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Go 语言 channel 的阻塞问题

Hello，大家好，又见面了！上一遍我们将 channel 相关基础以及使用场景。这一篇，还需要再次进阶理解channel 阻塞问题。以下创建一个chan类型为int，cap 为3。

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channel 内部其实是一个环形buf数据结构 ，是一种滑动窗口机制，当make完后，就分配在 Heap 上。

上面，向 chan 发送一条“hello”数据：

如果 G1 发送数据超过指定cap时，会出现什么情况？

看下面实例：

以上会出现什么，chan 缓冲区允许大小为1，如果再往chan仍数据，满了就会被阻塞，那么是如何实现阻塞的呢？当 chan 满时，会进入 gopark，此时 G1 进入一个 waiting 状态，然后会创建一个 sudog 对象，其实就sendq队列，把 200放进去。等 buf 不满的时候，再唤醒放入buf里面。

通过如下源码，你会更加清晰：

上面，从 chan 获取数据：

Go 语言核心思想：“Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.” 你可以看看这本书名叫：Effective Go

如果接收者，接收一个空对象，也会发生什么情况？

代码示例 ：

也会报错如下：

上面，从 chan 取出数据，可是没有数据了。此时，它会把 接收者 G2 阻塞掉，也是和G1发送者一样，也会执行 gopark 将状态改为 waiting，不一样的点就是。

正常情况下，接收者G2作为取出数据是去 buf 读取数据的，但现在，buf 为空了，此时，接收者G2会将sudog导出来，因为现在G2已经被阻塞了嘛，会把G2给G，然后将 t := -ch 中变量 t 是在栈上的地址，放进去 elem ，也就是说，只存它的地址指针在sudog里面。

最后， ch - 200 当G1往 chan 添加200这个数据，正常情况是将数据添加到buf里面，然后唤醒 G2 是吧，而现在是将 G1 的添加200数据直接干到刚才G2阻塞的t这里变量里面。

你会认为，这样真的可以吗？想一想，G2 本来就是已经阻塞了，然后我们直接这么干肯定没有什么毛病，而且效率提高了，不需要再次放入buf再取出，这个过程也是需要时间。不然，不得往chan添加数据需要加锁、拷贝、解锁一序列操作，那肯定就慢了，我想Go语言是为了高效及内存使用率的考虑这样设计的。（注意，一般都是在runtime里面完成，不然会出现象安全问题。）

总结 ：

chan 类型的特点：chan 如果为空，receiver 接收数据的时候就会阻塞等待，直到 chan 被关闭或者有新的数据到来。有这种个机制，就可以实现 wait/notify 的设计模式。

相关面试题：

1.14版本defer性能大幅度提升，内部实现了开放编码优化

GO中的defer会在当前函数返回前执行传入的函数，常用于关闭文件描述符，关闭链接及解锁等操作。

Go语言中使用defer时会遇到两个常见问题：

接下来我们来详细处理这两个问题。

官方有段对defer的解释：

这里我们先来一道经典的面试题

你觉得这个会打印什么？

输出结果：

这里是遵循先入后出的原则，同时保留当前变量的值。

把这道题简化一下：

输出结果

上述代码输出似乎不符合预期，这个现象出现的原因是什么呢？经过分析，我们发现调用defer关键字会立即拷贝函数中引用的外部参数，所以fmt.Println(i)的这个i是在调用defer的时候就已经赋值了，所以会直接打印1。

想要解决这个问题也很简单，只需要向defer关键字传入匿名函数

这里把一些垃圾回收使用的字段忽略了。

中间代码生成阶段cmd/compile/internal/gc/ssa.go会处理程序中的defer，该函数会根据条件不同，使用三种机制来处理该关键字

开放编码、堆分配和栈分配是defer关键字的三种方法，而Go1.14加入的开放编码，使得关键字开销可以忽略不计。

call方法会为所有函数和方法调用生成中间代码，工作内容：

defer关键字在运行时会调用deferproc，这个函数实现在src/runtime/panic.go里，接受两个参数：参数的大小和闭包所在的地址。

编译器不仅将defer关键字转成deferproc函数，还会通过以下三种方式为所有调用defer的函数末尾插入deferreturn的函数调用

1、在cmd/compile/internal/gc/walk.go的walkstmt函数中，在遇到ODEFFER节点时会执行Curfn.Func.SetHasDefer(true)，设置当前函数的hasdefer属性

2、在ssa.go的buildssa会执行s.hasdefer = fn.Func.HasDefer()更新hasdefer

3、在exit中会根据hasdefer在函数返回前插入deferreturn的函数调用

runtime.deferproc为defer创建了一个runtime._defer结构体、设置它的函数指针fn、程序计数器pc和栈指针sp并将相关参数拷贝到相邻的内存空间中

最后调用的return0是唯一一个不会触发延迟调用的函数，可以避免deferreturn的递归调用。

newdefer的分配方式是从pool缓存池中获取：

这三种方式取到的结构体_defer，都会被添加到链表的队头，这也是为什么defer按照后进先出的顺序执行。

deferreturn就是从链表的队头取出并调用jmpdefer传入需要执行的函数和参数。

该函数只有在所有延迟函数都执行后才会返回。

如果我们能够将部分结构体分配到栈上就可以节约内存分配带来的额外开销。

在call函数中有在栈上分配

在运行期间deferprocStack只需要设置一些未在编译期间初始化的字段，就可以将栈上的_defer追加到函数的链表上。

除了分配的位置和堆的不同，其他的大致相同。

Go语言在1.14中通过开放编码实现defer关键字，使用代码内联优化defer关键的额外开销并引入函数数据funcdata管理panic的调用，该优化可以将 defer 的调用开销从 1.13 版本的 ~35ns 降低至 ~6ns 左右。

然而开放编码作为一种优化 defer 关键字的方法，它不是在所有的场景下都会开启的，开放编码只会在满足以下的条件时启用：

如果函数中defer关键字的数量多于8个或者defer处于循环中，那么就会禁用开放编码优化。

可以看到这里，判断编译参数不用-N，返回语句的数量和defer数量的乘积小于15，会启用开放编码优化。

延迟比特deferBitsTemp和延迟记录是使用开放编码实现defer的两个最重要的结构，一旦使用开放编码，buildssa会在栈上初始化大小为8个比特的deferBits

延迟比特中的每一个比特位都表示该位对应的defer关键字是否需要被执行。延迟比特的作用就是标记哪些defer关键字在函数中被执行，这样就能在函数返回时根据对应的deferBits确定要执行的函数。

而deferBits的大小为8比特，所以该优化的条件就是defer的数量小于8.

而执行延迟调用的时候仍在deferreturn

这里做了特殊的优化，在runOpenDeferFrame执行开放编码延迟函数

1、从结构体_defer读取deferBits，执行函数等信息

2、在循环中依次读取执行函数的地址和参数信息，并通过deferBits判断是否要执行

3、调用reflectcallSave执行函数

1、新加入的defer放入队头，执行defer时是从队头取函数调用，所以是后进先出

2、通过判断defer关键字、return数量来判断是否开启开放编码优化

3、调用deferproc函数创建新的延迟调用函数时，会立即拷贝函数的参数，函数的参数不会等到真正执行时计算

没有类，C语言有结构体，那么Go的结构体有什么特别之处？

Go语言中没有“类”的概念，也不支持“类”的继承等面向对象的概念。Go语言中通过结构体的内嵌再配合接口比面向对象具有更高的扩展性和灵活性。

自定义类型

在Go语言中有一些基本的数据类型，如string、整型、浮点型、布尔等数据类型， Go语言中可以使用type关键字来定义自定义类型。

自定义类型是定义了一个全新的类型。我们可以基于内置的基本类型定义，也可以通过struct定义。例如：

通过Type关键字的定义，MyInt就是一种新的类型，它具有int的特性。

类型别名

类型别名是Go1.9版本添加的新功能。

类型别名规定：TypeAlias只是Type的别名，本质上TypeAlias与Type是同一个类型。就像一个孩子小时候有小名、乳名，上学后用学名，英语老师又会给他起英文名，但这些名字都指的是他本人。

type TypeAlias = Type

我们之前见过的rune和byte就是类型别名，他们的定义如下：

类型定义和类型别名的区别

类型别名与类型定义表面上看只有一个等号的差异，我们通过下面的这段代码来理解它们之间的区别。

结果显示a的类型是main.NewInt，表示main包下定义的NewInt类型。b的类型是int。MyInt类型只会在代码中存在，编译完成时并不会有MyInt类型。

Go语言中的基础数据类型可以表示一些事物的基本属性，但是当我们想表达一个事物的全部或部分属性时，这时候再用单一的基本数据类型明显就无法满足需求了，Go语言提供了一种自定义数据类型，可以封装多个基本数据类型，这种数据类型叫结构体，英文名称struct。 也就是我们可以通过struct来定义自己的类型了。

Go语言中通过struct来实现面向对象。

结构体的定义

使用type和struct关键字来定义结构体，具体代码格式如下：

其中：

举个例子，我们定义一个Person（人）结构体，代码如下：

同样类型的字段也可以写在一行，

这样我们就拥有了一个person的自定义类型，它有name、city、age三个字段，分别表示姓名、城市和年龄。这样我们使用这个person结构体就能够很方便的在程序中表示和存储人信息了。

语言内置的基础数据类型是用来描述一个值的，而结构体是用来描述一组值的。比如一个人有名字、年龄和居住城市等，本质上是一种聚合型的数据类型

结构体实例化

只有当结构体实例化时，才会真正地分配内存。也就是必须实例化后才能使用结构体的字段。

基本实例化

举个例子：

我们通过.来访问结构体的字段（成员变量）,例如p1.name和p1.age等。

匿名结构体

在定义一些临时数据结构等场景下还可以使用匿名结构体。

创建指针类型结构体

我们还可以通过使用new关键字对结构体进行实例化，得到的是结构体的地址。 格式如下：

从打印的结果中我们可以看出p2是一个结构体指针。

需要注意的是在Go语言中支持对结构体指针直接使用.来访问结构体的成员。

取结构体的地址实例化

使用对结构体进行取地址操作相当于对该结构体类型进行了一次new实例化操作。

p3.name = "七米"其实在底层是(*p3).name = "七米"，这是Go语言帮我们实现的语法糖。

结构体初始化

没有初始化的结构体，其成员变量都是对应其类型的零值。

使用键值对初始化

使用键值对对结构体进行初始化时，键对应结构体的字段，值对应该字段的初始值。

也可以对结构体指针进行键值对初始化，例如：

当某些字段没有初始值的时候，该字段可以不写。此时，没有指定初始值的字段的值就是该字段类型的零值。

使用值的列表初始化

初始化结构体的时候可以简写，也就是初始化的时候不写键，直接写值：

使用这种格式初始化时，需要注意：

结构体内存布局

结构体占用一块连续的内存。

输出：

【进阶知识点】关于Go语言中的内存对齐推荐阅读:在 Go 中恰到好处的内存对齐

面试题

请问下面代码的执行结果是什么？

构造函数

Go语言的结构体没有构造函数，我们可以自己实现。 例如，下方的代码就实现了一个person的构造函数。 因为struct是值类型，如果结构体比较复杂的话，值拷贝性能开销会比较大，所以该构造函数返回的是结构体指针类型。

调用构造函数

方法和接收者

Go语言中的方法（Method）是一种作用于特定类型变量的函数。这种特定类型变量叫做接收者（Receiver）。接收者的概念就类似于其他语言中的this或者 self。

方法的定义格式如下：

其中，

举个例子：

方法与函数的区别是，函数不属于任何类型，方法属于特定的类型。

指针类型的接收者

指针类型的接收者由一个结构体的指针组成，由于指针的特性，调用方法时修改接收者指针的任意成员变量，在方法结束后，修改都是有效的。这种方式就十分接近于其他语言中面向对象中的this或者self。 例如我们为Person添加一个SetAge方法，来修改实例变量的年龄。

调用该方法：

值类型的接收者

当方法作用于值类型接收者时，Go语言会在代码运行时将接收者的值复制一份。在值类型接收者的方法中可以获取接收者的成员值，但修改操作只是针对副本，无法修改接收者变量本身。

什么时候应该使用指针类型接收者

任意类型添加方法

在Go语言中，接收者的类型可以是任何类型，不仅仅是结构体，任何类型都可以拥有方法。 举个例子，我们基于内置的int类型使用type关键字可以定义新的自定义类型，然后为我们的自定义类型添加方法。

注意事项： 非本地类型不能定义方法，也就是说我们不能给别的包的类型定义方法。

结构体的匿名字段

匿名字段默认采用类型名作为字段名，结构体要求字段名称必须唯一，因此一个结构体中同种类型的匿名字段只能有一个。

嵌套结构体

一个结构体中可以嵌套包含另一个结构体或结构体指针。

嵌套匿名结构体

当访问结构体成员时会先在结构体中查找该字段，找不到再去匿名结构体中查找。

嵌套结构体的字段名冲突

嵌套结构体内部可能存在相同的字段名。这个时候为了避免歧义需要指定具体的内嵌结构体的字段。

结构体的“继承”

Go语言中使用结构体也可以实现其他编程语言中面向对象的继承。

结构体字段的可见性

结构体中字段大写开头表示可公开访问，小写表示私有（仅在定义当前结构体的包中可访问）。

结构体与JSON序列化

JSON(JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式。易于人阅读和编写。同时也易于机器解析和生成。JSON键值对是用来保存JS对象的一种方式，键/值对组合中的键名写在前面并用双引号""包裹，使用冒号:分隔，然后紧接着值；多个键值之间使用英文,分隔。

结构体标签（Tag）

Tag是结构体的元信息，可以在运行的时候通过反射的机制读取出来。 Tag在结构体字段的后方定义，由一对反引号包裹起来，具体的格式如下：

`key1:"value1" key2:"value2"`

结构体标签由一个或多个键值对组成。键与值使用冒号分隔，值用双引号括起来。键值对之间使用一个空格分隔。 注意事项： 为结构体编写Tag时，必须严格遵守键值对的规则。结构体标签的解析代码的容错能力很差，一旦格式写错，编译和运行时都不会提示任何错误，通过反射也无法正确取值。例如不要在key和value之间添加空格。

例如我们为Student结构体的每个字段定义json序列化时使用的Tag：