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以一個簡單的channel應用開始，使用goroutine和channel實現一個任務隊列，並行處理多個任務。
func main(){
//帶緩沖的channel
ch := make( chan Task, 3)
//啟動固定數量的worker
for i := 0; i< numWorkers; i++ {
go worker(ch)
}
//發送任務給worker
hellaTasks := getTaks()
for _, task := range hellaTasks {
ch <- task
}
...
}
func worker(ch chan Task){
for {
//接受任務
task := <- ch
process(task)
}
}
從上面的代碼可以看出，使用golang的goroutine和channel可以很容易的實現一個生產者-消費者模式的任務隊列，相比Java, c++簡潔了很多。channel可以天然的實現了下面四個特性：
- goroutine安全
- 在不同的goroutine之間存儲和傳輸值 - 提供FIFO語義(buffered channel提供)
- 可以讓goroutine block/unblock
那么channel是怎么實現這些特性的呢？下面我們看看當我們調用make來生成一個channel的時候都做了些什么。
1. make chan
上述任務隊列的例子第三行，使用make創建了一個長度為3的帶緩沖的channel，channel在底層是一個hchan結構體，位於src/runtime/chan.go里。其定義如下:
type hchan struct {
qcount uint // total data in the queue
dataqsiz uint // size of the circular queue
buf unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements
elemsize uint16
closed uint32
elemtype *_type // element type
sendx uint // send index
recvx uint // receive index
recvq waitq // list of recv waiters
sendq waitq // list of send waiters
// lock protects all fields in hchan, as well as several
// fields in sudogs blocked on this channel.
//
// Do not change another G's status while holding this lock
// (in particular, do not ready a G), as this can deadlock
// with stack shrinking.
lock mutex
}
make函數在創建channel的時候會在該進程的heap區申請一塊內存，創建一個hchan結構體，返回執行該內存的指針，所以獲取的的ch變量本身就是一個指針，在函數之間傳遞的時候是同一個channel。
hchan結構體使用一個環形隊列來保存groutine之間傳遞的數據(如果是緩存channel的話)，使用兩個list保存像該chan發送和從該chan接收數據的goroutine，還有一個mutex來保證操作這些結構的安全。
2. 發送和接收
向channel發送和從channel接收數據主要涉及hchan里的四個成員變量，借用Kavya ppt里的圖示，來分析發送和接收的過程。
還是以前面的任務隊列為例:
//G1
func main(){
...
for _, task := range hellaTasks {
ch <- task //sender
}
...
}
//G2
func worker(ch chan Task){
for {
//接受任務
task := <- ch //recevier
process(task)
}
}其中G1是發送者，G2是接收，因為ch是長度為3的帶緩沖channel，初始的時候hchan結構體的buf為空，sendx和recvx都為0，當G1向ch里發送數據的時候，會首先對buf加鎖，然后將要發送的數據copy到buf里，並增加sendx的值，最后釋放buf的鎖。然后G2消費的時候首先對buf加鎖，然后將buf里的數據copy到task變量對應的內存里，增加recvx，最后釋放鎖。整個過程，G1和G2沒有共享的內存，底層通過hchan結構體的buf，使用copy內存的方式進行通信，最后達到了共享內存的目的，這完全符合CSP的設計理念
一般情況下，G2的消費速度應該是慢於G1的，所以buf的數據會越來越多，這個時候G1再向ch里發送數據，這個時候G1就會阻塞，那么阻塞到底是發生了什么呢？
3. Goroutine Pause/Resume
goroutine是Golang實現的用戶空間的輕量級的線程，有runtime調度器調度，與操作系統的thread有多對一的關系，相關的數據結構如下圖:
其中M是操作系統的線程，G是用戶啟動的goroutine，P是與調度相關的context，每個M都擁有一個P，P維護了一個能夠運行的goutine隊列，用於該線程執行。
當G1向buf已經滿了的ch發送數據的時候，當runtine檢測到對應的hchan的buf已經滿了，會通知調度器，調度器會將G1的狀態設置為waiting, 移除與線程M的聯系，然后從P的runqueue中選擇一個goroutine在線程M中執行，此時G1就是阻塞狀態，但是不是操作系統的線程阻塞，所以這個時候只用消耗少量的資源。
那么G1設置為waiting狀態后去哪了？怎們去resume呢？我們再回到hchan結構體，注意到hchan有個sendq的成員，其類型是waitq，查看源碼如下：
type hchan struct {
...
recvq waitq // list of recv waiters
sendq waitq // list of send waiters
...
}
//
type waitq struct {
first *sudog
last *sudog
}實際上，當G1變為waiting狀態后，會創建一個代表自己的sudog的結構，然后放到sendq這個list中，sudog結構中保存了channel相關的變量的指針(如果該Goroutine是sender，那么保存的是待發送數據的變量的地址，如果是receiver則為接收數據的變量的地址，之所以是地址，前面我們提到在傳輸數據的時候使用的是copy的方式)
當G2從ch中接收一個數據時，會通知調度器，設置G1的狀態為runnable，然后將加入P的runqueue里，等待線程執行.
4. wait empty channel
前面我們是假設G1先運行，如果G2先運行會怎么樣呢？如果G2先運行，那么G2會從一個empty的channel里取數據，這個時候G2就會阻塞，和前面介紹的G1阻塞一樣，G2也會創建一個sudog結構體，保存接收數據的變量的地址，但是該sudog結構體是放到了recvq列表里，當G1向ch發送數據的時候，runtime並沒有對hchan結構體題的buf進行加鎖，而是直接將G1里的發送到ch的數據copy到了G2 sudog里對應的elem指向的內存地址！
5. 總結
Golang的一大特色就是其簡單高效的天然並發機制，使用goroutine和channel實現了CSP模型。理解channel的底層運行機制對靈活運用golang開發並發程序有很大的幫助，看了Kavya的分享，然后結合golang runtime相關的源碼(源碼開源並且也是golang實現簡直良心！),對channel的認識更加的深刻，當然還有一些地方存在一些疑問，比如goroutine的調度實現相關的，還是要潛心膜拜大神們的源碼！