面试题：深入剖析Go语言channel底层实现原理中的调度机制

Question

Go语言的channel底层实现中，调度机制是非常关键的部分。请深入阐述当一个goroutine尝试向一个已满的有缓冲channel发送数据，或者从一个空的channel接收数据时，Go运行时（runtime）是如何进行调度的，包括涉及到的Goroutine状态转换、队列操作以及内存管理等方面的细节。

Answer 1

向已满的有缓冲channel发送数据

1. Goroutine状态转换：
   • 当一个goroutine尝试向已满的有缓冲channel发送数据时，该goroutine会从运行态（runnable）转换为等待态（waiting）。这是因为此时没有可用的缓冲区空间来接收数据，goroutine需要等待其他goroutine从channel接收数据以腾出空间。
2. 队列操作：
   • Go运行时会将这个处于等待态的goroutine放入channel的发送等待队列（sendq）中。sendq是一个双链表结构，用于存储所有等待向该channel发送数据的goroutine。
   • 例如，假设我们有一个有缓冲channel ch := make(chan int, 3)，并且缓冲区已满。当goroutine g1尝试向ch发送数据时，g1会被添加到ch的sendq队列中。
3. 内存管理：
   • 此时并没有新的内存分配操作直接与这个发送操作相关。但是，由于goroutine进入等待态，它所占用的栈空间等资源仍然被保留，直到它被唤醒。

从一个空的channel接收数据

1. Goroutine状态转换：
   • 当一个goroutine尝试从一个空的channel接收数据时，该goroutine同样会从运行态转换为等待态。因为channel中没有数据可供接收，它需要等待其他goroutine向channel发送数据。
2. 队列操作：
   • 这个等待接收数据的goroutine会被放入channel的接收等待队列（recvq）中。recvq也是一个双链表结构，用于存储所有等待从该channel接收数据的goroutine。
   • 例如，对于一个空的channel ch := make(chan int)，当goroutine g2尝试从ch接收数据时，g2会被添加到ch的recvq队列中。
3. 内存管理：
   • 与向已满channel发送数据类似，当goroutine进入等待态从空channel接收数据时，其占用的栈空间等资源被保留。一旦有数据发送到channel且该goroutine被唤醒接收数据，可能会涉及到将接收到的数据复制到接收方指定的内存位置（如果是值传递）。如果是指针传递，只是传递指针，不会有大规模的数据复制操作。

唤醒与调度

1. 唤醒操作：
   • 当channel有可用空间（对于发送操作）或有数据（对于接收操作）时，运行时会从相应的等待队列（sendq或recvq）中取出一个goroutine并将其唤醒。例如，如果一个goroutine向一个满的channel发送数据后使channel有了空闲空间，运行时会从sendq队列中取出一个等待发送的goroutine并唤醒它。
2. 调度：
   • 被唤醒的goroutine会被重新放入全局运行队列（GRQ）或本地运行队列（LRQ）中，具体取决于实现细节和调度策略。然后，Go运行时的调度器会在适当的时候将这个goroutine调度为运行态，使其继续执行发送或接收操作之后的代码。