channel 的底层原理是什么？无缓冲和有缓冲 channel 有什么区别？

详细解析#

hchan 结构#

make(chan T, n) 在堆上创建一个 hchan，channel 变量本质上是指向它的指针，所以传参时不需要再取地址：

type hchan struct { // 运行时源码 runtime/chan.go，省略了部分字段
	qcount   uint           // 缓冲区中现有的元素个数
	dataqsiz uint           // 缓冲区容量，即 make 时的 n
	buf      unsafe.Pointer // 指向环形缓冲区（长度为 n 的数组）
	closed   uint32
	sendx    uint  // 下一次发送写入的下标
	recvx    uint  // 下一次接收读取的下标
	recvq    waitq // 阻塞在接收上的 goroutine 队列，元素叫 sudog，记录 goroutine 和数据地址
	sendq    waitq // 阻塞在发送上的 goroutine 队列
	lock     mutex // 保护上面所有字段
}

发送和接收的过程#

发送 ch <- v：

1. 加锁。channel 已关闭就解锁并 panic
2. recvq 里有等待的接收者：把数据直接拷贝给它，不经过缓冲区，然后唤醒它
3. 缓冲区没满：数据写入 buf[sendx]，sendx 后移
4. 否则把当前 goroutine 包装成 sudog 挂到 sendq，解锁后挂起，等接收方来唤醒。挂起的只是 goroutine，线程会去执行别的 goroutine（见 GMP 调度模型）

接收 v, ok := <-ch 是对称的：

1. 加锁。已关闭且缓冲区为空，直接返回零值，ok 为 false
2. sendq 里有等待的发送者：无缓冲时直接从发送者那里拷贝数据；有缓冲时（这时缓冲区一定是满的）先从缓冲区头部取一个，再把发送者的数据放到队尾，保持先进先出，然后唤醒发送者
3. 缓冲区有数据：从 buf[recvx] 读取
4. 否则挂到 recvq 等待

无缓冲和有缓冲#

缓冲区满时阻塞发送方，就形成了背压，作用类似 Node.js Stream 用 highWaterMark 实现的背压，只不过 Go 是直接让发送方停下来。缓冲大小只影响解耦程度和性能，不能指望用"足够大的缓冲"掩盖设计上的死锁。

关闭规则和各种情况对照#

谁来关闭：

• 由发送方关闭，接收方不要关闭：接收方关了以后，发送方再发送就会 panic
• 有多个发送方时，哪一个都不能擅自关闭。可以等所有发送方结束后由一个协调者关闭（见下面的代码），或者干脆不关闭数据 channel，用单独的退出信号（如 context）通知所有发送方停止
• 关闭是为了告诉接收方"不会再有数据了"，不是为了释放资源。不再被引用的 channel 会被 GC 回收，不需要像文件那样必须关闭

select#

• 同时等待多个 channel 操作，哪个就绪执行哪个；多个同时就绪时随机选一个，避免某个 case 饿死
• 有 default 时，没有 case 就绪就执行 default，不阻塞，可以实现非阻塞的发送和接收
• 加一个 case <-time.After(d): 或 case <-ctx.Done(): 就能实现超时和取消
• nil channel 的 case 永远不会被选中，可以把变量置为 nil 来动态关掉某个 case；空的 select {} 会永久阻塞

代码示例#

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

func main() {
	jobs := make(chan int, 10)
	results := make(chan int, 10)
	var wg sync.WaitGroup
	for range 3 { // 3 个 worker，它们都是 results 的发送方
		wg.Add(1)
		go func() {
			defer wg.Done()
			for j := range jobs { // jobs 关闭并读完后，循环结束
				results <- j * j
			}
		}()
	}

	for i := 1; i <= 5; i++ {
		jobs <- i
	}
	close(jobs) // main 是 jobs 唯一的发送方，发完由它关闭
	go func() { // results 有多个发送方：等它们都结束，再由一个协调者关闭
		wg.Wait()
		close(results)
	}()

	sum := 0
	for r := range results { // results 关闭并读完后，循环结束
		sum += r
	}
	fmt.Println("sum:", sum) // sum: 55
}

面试官可能追问#

易错点#

• 关闭后读到的零值和真正发送的零值无法区分，要用 v, ok := <-ch 或 for range 判断
• 所有 goroutine 都阻塞时运行时会报 fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!；只要还有 goroutine 在运行，或者在等待网络 I/O、定时器（比如 HTTP 服务），就不会报错，阻塞的 goroutine 会一直卡着，变成 goroutine 泄漏
• 在 for 里套 select 时，break 只会跳出 select，跳不出 for 循环，要用 return 或带标签的 break