概述

在go語言中，select語句就是用來監聽和channel有關的IO操作，當IO操作發生時，觸發相應的case操作，有了select語句，可以實現main主線程與goroutine線程之間的互動。需要的朋友可以參考以下內容，希望對大家有幫助。

select實現原理

Golang實現select時，定義了一個數據結構表示每個case語句(包含default，default實際上是一種特殊的case)，select執行過程可以看成一個函數，函數輸入case數組，輸出選中的case，然后程序流程轉到選中的case塊。

執行流程

在默認的情況下，select?語句會在編譯階段經過如下過程的處理：

• 將所有的?case?轉換成包含 Channel 以及類型等信息的?scase?結構體；
• 調用運行時函數?selectgo?獲取被選擇的scase?結構體索引，如果當前的?scase?是一個接收數據的操作，還會返回一個指示當前case?是否是接收的布爾值；
• 通過?for?循環生成一組?if?語句，在語句中判斷自己是不是被選中的?case。

case數據結構

select控制結構中case使用了scase結構體來表示，源碼包src/runtime/select.go:scase定義了表示case語句的數據結構：

type scase struct {
    c           *hchan
    elem        unsafe.Pointer
    kind        uint16
    pc          uintptr
    releasetime int64
}

scase.c：由于非default的case中都與channel的發送和接收數據有關，所以在scase結構體中也包含一個c字段用于存儲case中使用的channel，為當前case語句所操作的channel指針，這也說明了一個case語句只能操作一個channel。

scase.kind：表示該case的類型，分為讀channel、寫channel和default，三種類型分別由常量定義：

const (
    caseNil = iota
    caseRecv	//case語句中嘗試讀取scase.c中的數據；
    caseSend	//case語句中嘗試向scase.c中寫入數據；
    caseDefault //default語句
)

scase.elem:用于接收或者發送數據的變量地址，根據scase.kind不同，有不同的用途：

• scase.kind == caseRecv ： scase.elem表示讀出channel的數據存放地址；
• scase.kind == caseSend ： scase.elem表示將要寫入channel的數據存放地址；

執行select

在運行期間會調用selectgo()函數，這個函數主要作用是從select控制結構中的多個case中選擇一個需要執行的case，隨后的多個?if?條件語句就會根據?selectgo()?的返回值執行相應的語句。

運行時源碼包src/runtime/select.go:selectgo()定義了select選擇case的函數：

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) {
    cas1 := (*[1 << 16]scase)(unsafe.Pointer(cas0))
    order1 := (*[1 << 17]uint16)(unsafe.Pointer(order0))

    scases := cas1[:ncases:ncases]
    pollorder := order1[:ncases:ncases]
    lockorder := order1[ncases:][:ncases:ncases]

    for i := range scases {
        cas := &scases[i]
        if cas.c == nil && cas.kind != caseDefault {
            *cas = scase{}
        }
    }

    for i := 1; i < ncases; i++ {
        j := fastrandn(uint32(i + 1))
        pollorder[i] = pollorder[j]
        pollorder[j] = uint16(i)
    }

    // sort the cases by Hchan address to get the locking order.
    // ...
    
    sellock(scases, lockorder)

    // ...
}

selectgo?函數首先會進行執行一些初始化操作，也就是決定處理?case?的兩個順序，其中一個是?pollOrder?另一個是?lockOrder。

函數參數：

• cas0：為scase數組的首地址，selectgo()就是從這些scase中找出一個返回。
• order0：為一個兩倍cas0數組長度的buffer，保存scase隨機序列pollorder和scase中channel地址序列lockorder；
• pollorder：每次selectgo執行都會把scase序列打亂，以達到隨機檢測case的目的。
• lockorder：所有case語句中channel序列，以達到去重防止對channel加鎖時重復加鎖的目的。
• ncases：表示scase數組的長度

函數返回值：

• int： 選中case的編號，這個case編號跟代碼一致
• bool: 是否成功從channle中讀取了數據，如果選中的case是從channel中讀數據，則該返回值表示是否讀取成功。

循環

當?select?語句確定了輪詢和鎖定的順序并鎖定了所有的 Channel 之后就會開始進入?select的主循環，查找或者等待 Channel 準備就緒，循環中會遍歷所有的?case?并找到需要被喚起的sudog?結構體。

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) {
    // ...
    gp = getg()
    nextp = &gp.waiting
    for _, casei := range lockorder {
        casi = int(casei)
        cas = &scases[casi]
        if cas.kind == caseNil {
            continue
        }
        c = cas.c
        sg := acquireSudog()
        sg.g = gp
        sg.isSelect = true
        sg.elem = cas.elem
        sg.c = c
        *nextp = sg
        nextp = &sg.waitlink

        switch cas.kind {
        case caseRecv:
            c.recvq.enqueue(sg)

        case caseSend:
            c.sendq.enqueue(sg)
        }
    }

    gp.param = nil
    gopark(selparkcommit, nil, waitReasonSelect, traceEvGoBlockSelect, 1)

    // ...
}

在這段循環的代碼中，我們會分四種不同的情況處理?select?中的多個?case：

caseNil?— 當前?case?不包含任何的 Channel，就直接會被跳過；

caseRecv?— 當前?case?會從 Channel 中接收數據；

• 如果當前 Channel 的?sendq?上有等待的 Goroutine 就會直接跳到?recv?標簽所在的代碼段，從 Goroutine 中獲取最新發送的數據；
• 如果當前 Channel 的緩沖區不為空就會跳到?bufrecv?標簽處從緩沖區中獲取數據；
• 如果當前 Channel 已經被關閉就會跳到rclose?做一些清除的收尾工作；

caseSend?— 當前?case?會向 Channel 發送數據；

• 如果當前 Channel 已經被關閉就會直接跳到?rclose?代碼段；
• 如果當前 Channel 的?recvq?上有等待的 Goroutine 就會跳到?send?代碼段向 Channel 直接發送數據；

caseDefault?— 表示默認情況，如果循環執行到了這種情況就表示前面的所有case?都沒有被執行，所以這里會直接解鎖所有的 Channel 并退出?selectgo?函數，這時也就意味著當前?select?結構中的其他收發語句都是非阻塞的。

總結

通過以上內容我們簡單的了解了select結構的執行過程與實現原理，首先在編譯期間，Go 語言會對?select?語句進行優化， 對于空的select語句會直接轉換成block函數的調用，直接掛起當前Goroutine，如果select語句中只包含一個case，就會被轉換成if ch == nil {block}; n; 表達式。然后執行case結構體中內容。

在運行時會執行selectgo函數，隨機生成一個遍歷的輪詢順序pollOrder并根據Channel地址生成一個用于遍歷的鎖定順序lockOrder；然后根據pollOrder遍歷所有的case查看是否有可以處理的Channel消息，如果有消息就直接獲取case對應的索引并返回。如果沒有消息就會創建sudog結構體，將當前 Goroutine 加入到所有相關 Channel 的sendq?和?recvq?隊列中并調用?gopark?觸發調度器的調度；

注意： 并不是所有的select控制結構都會走到selectgo，很多情況都會被直接優化調。