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图解Go中select语句的底层原理

Go 的select语句是一种仅能用于channl发送和接收消息的专用语句，此语句运行期间是阻塞的；当select中没有case语句的时候，会阻塞当前的groutine。所以，有人也会说select是用来阻塞监听goroutine的。

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还有人说：select是Golang在语言层面提供的I/O多路复用的机制，其专门用来检测多个channel是否准备完毕：可读或可写。

以上说法都正确。

我们来回顾一下是什么是 I/O多路复用 。

每来一个进程，都会建立连接，然后阻塞，直到接收到数据返回响应。

普通这种方式的缺点其实很明显：系统需要创建和维护额外的线程或进程。因为大多数时候，大部分阻塞的线程或进程是处于等待状态，只有少部分会接收并处理响应，而其余的都在等待。系统为此还需要多做很多额外的线程或者进程的管理工作。

为了解决图中这些多余的线程或者进程，于是有了"I/O多路复用"

每个线程或者进程都先到图中”装置“中注册，然后阻塞，然后只有一个线程在”运输“，当注册的线程或者进程准备好数据后，”装置“会根据注册的信息得到相应的数据。从始至终kernel只会使用图中这个黄黄的线程，无需再对额外的线程或者进程进行管理，提升了效率。

select的实现经历了多个版本的修改，当前版本为：1.11

select这个语句底层实现实际上主要由两部分组成： case语句 和 执行函数 。

源码地址为：/go/src/runtime/select.go

每个case语句，单独抽象出以下结构体：

结构体可以用下图表示：

然后执行select语句实际上就是调用 func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) 函数。

func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) 函数参数：

selectgo 返回所选scase的索引(该索引与其各自的select {recv，send，default}调用的序号位置相匹配)。此外，如果选择的scase是接收操作(recv)，则返回是否接收到值。

谁负责调用 func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) 函数呢？

在 /reflect/value.go 中有个 func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool) 函数，此函数的实现在 /runtime/select.go 文件中的 func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool) 函数中:

那谁调用的 func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool) 呢？

在 /refect/value.go 中，有一个 func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool) 的函数，其调用了 rselect 函数，并将最终Go中select语句的返回值的返回。

以上这三个函数的调用栈按顺序如下：

这仨函数中无论是返回值还是参数都大同小异，可以简单粗暴的认为：函数参数传入的是case语句，返回值返回被选中的case语句。

那谁调用了 func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool) 呢？

可以简单的认为是系统了。

来个简单的图：

前两个函数 Select 和 rselect 都是做了简单的初始化参数，调用下一个函数的操作。select真正的核心功能，是在最后一个函数 func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool) 中实现的。

打乱传入的case结构体顺序

锁住其中的所有的channel

遍历所有的channel，查看其是否可读或者可写

如果其中的channel可读或者可写，则解锁所有channel，并返回对应的channel数据

假如没有channel可读或者可写，但是有default语句，则同上:返回default语句对应的scase并解锁所有的channel。

假如既没有channel可读或者可写，也没有default语句，则将当前运行的groutine阻塞，并加入到当前所有channel的等待队列中去。

然后解锁所有channel，等待被唤醒。

此时如果有个channel可读或者可写ready了，则唤醒，并再次加锁所有channel，

遍历所有channel找到那个对应的channel和G，唤醒G，并将没有成功的G从所有channel的等待队列中移除。

如果对应的scase值不为空，则返回需要的值，并解锁所有channel

如果对应的scase为空，则循环此过程。

在想想select和channel做了什么事儿，我觉得和多路复用是一回事儿

goland map底层原理

map 是Go语言中基础的数据结构，在日常的使用中经常被用到。但是它底层是如何实现的呢？

总体来说golang的map是hashmap，是使用数组+链表的形式实现的，使用拉链法消除hash冲突。

golang的map由两种重要的结构，hmap和bmap(下文中都有解释)，主要就是hmap中包含一个指向bmap数组的指针，key经过hash函数之后得到一个数，这个数低位用于选择bmap(当作bmap数组指针的下表)，高位用于放在bmap的[8]uint8数组中，用于快速试错。然后一个bmap可以指向下一个bmap(拉链)。

Golang中map的底层实现是一个散列表，因此实现map的过程实际上就是实现散表的过程。在这个散列表中，主要出现的结构体有两个，一个叫 hmap (a header for a go map)，一个叫 bmap (a bucket for a Go map，通常叫其bucket)。这两种结构的样子分别如下所示：

hmap :

图中有很多字段，但是便于理解map的架构，你只需要关心的只有一个，就是标红的字段： buckets数组 。Golang的map中用于存储的结构是bucket数组。而bucket(即bmap)的结构是怎样的呢？

bucket ：

相比于hmap，bucket的结构显得简单一些，标红的字段依然是“核心”，我们使用的map中的key和value就存储在这里。“高位哈希值”数组记录的是当前bucket中key相关的“索引”，稍后会详细叙述。还有一个字段是一个指向扩容后的bucket的指针，使得bucket会形成一个链表结构。例如下图：

由此看出hmap和bucket的关系是这样的：

而bucket又是一个链表，所以，整体的结构应该是这样的：

哈希表的特点是会有一个哈希函数，对你传来的key进行哈希运算，得到唯一的值，一般情况下都是一个数值。Golang的map中也有这么一个哈希函数，也会算出唯一的值，对于这个值的使用，Golang也是很有意思。

Golang把求得的值按照用途一分为二：高位和低位。

如图所示，蓝色为高位，红色为低位。 然后低位用于寻找当前key属于hmap中的哪个bucket，而高位用于寻找bucket中的哪个key。上文中提到：bucket中有个属性字段是“高位哈希值”数组，这里存的就是蓝色的高位值，用来声明当前bucket中有哪些“key”，便于搜索查找。 需要特别指出的一点是：我们map中的key/value值都是存到同一个数组中的。数组中的顺序是这样的:

并不是key0/value0/key1/value1的形式，这样做的好处是：在key和value的长度不同的时候，可 以消除padding(内存对齐)带来的空间浪费 。

现在，我们可以得到Go语言map的整个的结构图了：(hash结果的低位用于选择把KV放在bmap数组中的哪一个bmap中，高位用于key的快速预览，用于快速试错)

map的扩容

当以上的哈希表增长的时候，Go语言会将bucket数组的数量扩充一倍，产生一个新的bucket数组，并将旧数组的数据迁移至新数组。

加载因子

判断扩充的条件，就是哈希表中的加载因子(即loadFactor)。

加载因子是一个阈值，一般表示为：散列包含的元素数 除以 位置总数。是一种“产生冲突机会”和“空间使用”的平衡与折中：加载因子越小，说明空间空置率高，空间使用率小，但是加载因子越大，说明空间利用率上去了，但是“产生冲突机会”高了。

每种哈希表的都会有一个加载因子，数值超过加载因子就会为哈希表扩容。

Golang的map的加载因子的公式是：map长度 / 2^B(这是代表bmap数组的长度，B是取的低位的位数)阈值是6.5。其中B可以理解为已扩容的次数。

当Go的map长度增长到大于加载因子所需的map长度时，Go语言就会将产生一个新的bucket数组，然后把旧的bucket数组移到一个属性字段oldbucket中。注意：并不是立刻把旧的数组中的元素转义到新的bucket当中，而是，只有当访问到具体的某个bucket的时候，会把bucket中的数据转移到新的bucket中。

如下图所示：当扩容的时候，Go的map结构体中，会保存旧的数据，和新生成的数组

上面部分代表旧的有数据的bucket，下面部分代表新生成的新的bucket。蓝色代表存有数据的bucket，橘黄色代表空的bucket。

扩容时map并不会立即把新数据做迁移，而是当访问原来旧bucket的数据的时候，才把旧数据做迁移，如下图：

注意：这里并不会直接删除旧的bucket，而是把原来的引用去掉，利用GC清除内存。

map中数据的删除

如果理解了map的整体结构，那么查找、更新、删除的基本步骤应该都很清楚了。这里不再赘述。

值得注意的是，找到了map中的数据之后，针对key和value分别做如下操作：

1

2

3

4

1、如果``key``是一个指针类型的，则直接将其置为空，等待GC清除；

2、如果是值类型的，则清除相关内存。

3、同理，对``value``做相同的操作。

4、最后把key对应的高位值对应的数组index置为空。

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书名：Go语言实战

作者：威廉·肯尼迪 (William Kennedy)

译者：李兆海

豆瓣评分：7.7

出版社：人民邮电出版社

出版年份：2017-3-1

页数：224

内容简介：

Go语言结合了底层系统语言的能力以及现代语言的高级特性，旨在降低构建简单、可靠、高效软件的门槛。本书向读者提供一个专注、全面且符合语言习惯的视角。Go语言实战同时关注语言的规范和实现，涉及的内容包括语法、类型系统、并发、管道、测试，以及其他一些主题。

作者简介：

William Kennedy，是一位熟练的软件开发者，也是博客GoingGo.Net的作者。

Brian Ketelsen和Erik St. Martin是全球Go语言大会GopherCon的组织者，也是Go语言框架Skynet的联合作者。

李兆海，多年专注于后端分布式网络服务开发，曾使用过多个流行后端技术和相关架构实践，是Go语言和Docker的早期使用者和推广者，《第1本Docker书》的译者。作为项目技术负责人，成功开发了百万用户级直播系统。

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