图解Go select语句原理

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。 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。

I/O多路复用

我们来回顾一下是什么是 I/O多路复用 。

普通多线程（或进程）I/O

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"

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组成结构

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：

type scase struct {
    c           *hchan         // chan
    elem        unsafe.Pointer // 读或者写的缓冲区地址
    kind        uint16   //case语句的类型，是default、传值写数据(channel <-) 还是  取值读数据(<- channel)
    pc          uintptr // race pc (for race detector / msan)
    releasetime int64
}

结构体可以用下图表示：

其中比较关键的是： hchan ，它是channel的指针。 在一个select中，所有的case语句会构成一个 scase 结构体的数组。

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：

scase
scase

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:

func reflect_rselect(cases []runtimeSelect) (int, bool) { 
    //如果cases语句为空，则阻塞当前groutine
    if len(cases) == 0 {
        block()
    }
    //实例化case的结构体
    sel := make([]scase, len(cases))
    order := make([]uint16, 2*len(cases))
    for i := range cases {
        rc := &cases[i]
        switch rc.dir {
        case selectDefault:
            sel[i] = scase{kind: caseDefault}
        case selectSend:
            sel[i] = scase{kind: caseSend, c: rc.ch, elem: rc.val}
        case selectRecv:
            sel[i] = scase{kind: caseRecv, c: rc.ch, elem: rc.val}
        }
        if raceenabled || msanenabled {
            selectsetpc(&sel[i])
        }
    }
    return selectgo(&sel[0], ℴ[0], len(cases))
}

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：

func Select(cases []SelectCase) (chosen int, recv Value, recvOK bool)
func rselect([]runtimeSelect) (chosen int, recvOK bool)
func selectgo(cas0 *scase, order0 *uint16, ncases int) (int, bool)

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。

selectgo函数做了什么

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。

select和channel之间的关系

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

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参考文献：

• https://my.oschina.net/renhc/blog/2253937
• https://blog.csdn.net/xd_rbt_/article/details/80287959
• https://blog.csdn.net/qq_34199383/article/details/80303629
• https://blog.csdn.net/wangxindong11/article/details/78591308
• https://draveness.me/golang-select
• https://studygolang.com/articles/1807