Go 中通过通道传递的消息是否保证是非阻塞的？

Question

为了评估 go 是否是音频/视频应用程序的可能选项，我想知道 go 中传递的消息是否满足任何非阻塞进度保证（无阻塞、无锁或无等待）。特别是，以下场景是相关的：

单个生产者单个消费者：

两个线程使用共享通道进行通信。线程A只做异步发送，线程B只做异步接收。假设操作系统调度程序决定在“最糟糕的时刻”无限期地中断线程 A。线程 B 是否保证在有限数量的 cpu 周期内完成接收操作，或者线程 A 是否有（理论上）可能将通道置于线程 B 需要等待操作系统恢复线程 A 的状态？

多个生产者：

多个线程 A1、A2、A3...使用共享通道与一个或多个其他线程进行通信。线程 Ai 仅执行异步发送。假设 A2、A3...在“最糟糕的时刻”被操作系统调度程序无限期地挂起。线程 A1 是否仍能保证在有限数量的 cpu 周期内完成发送操作？进一步假设每个线程只想发送一次。如果程序运行足够长的时间（使用“恶意”调度程序可能会导致某些线程挨饿或在“最糟糕的时刻”中断并恢复线程），是否至少可以保证一次发送成功？

我对这里的典型场景不太感兴趣，而是对最坏情况的保证感兴趣。 有关阻塞、锁定和等待的更多详细信息，请参阅非阻塞算法（维基百科） -免费算法。

Answer 1

根据定义，正常发送和接收是阻塞操作。您可以使用 select 语句进行非阻塞发送或接收：（

select {
case ch <- msg:
default:
}

接收非常相似；只需替换 case 语句。）

仅当通道缓冲区中有空间时才会发生发送。否则运行默认情况。请注意，内部仍然使用互斥锁（如果我正确阅读代码）。

Answer 2

Go内存模型不要求发送和接收是非阻塞的，并且当前的< a href="http://golang.org/src/pkg/runtime/chan.c#L173" rel="nofollow">运行时 实现锁定send和的通道接收。这意味着，例如，如果操作系统调度程序中断正在运行另一个 go 例程的另一个线程，而该线程在已获取通道锁的情况下尝试在同一通道上发送或接收，则可能会导致发送或接收 go 例程挨饿。 。

所以不幸的是答案是否:(

_{（除非有人使用非阻塞算法重新实现部分运行时）。}

Answer 3

您询问是否保证一个操作在有限数量的周期内完成，这当然不是该语言（或大多数底层操作系统）的设计考虑因素。

如果在单线程中运行，则 Go 在 goroutine 之间使用协作多任务。因此，如果一个例程永远不会屈服，那么另一个例程将永远不会运行。如果您的程序在多个线程上运行（由 GOMAXPROCS 设置），那么您可以同时运行多个 goroutine，在这种情况下，操作系统控制线程之间的调度。然而，在这两种情况下，函数调用的完成时间都没有保证上限。

请注意，goroutine 的协作性质使您可以对调度执行进行一定程度的控制——也就是说，例程永远不会被抢占。在您屈服之前，您将保留对线程的控制权。

至于阻塞行为，请参阅语言规范：

容量（以元素数量表示）设置通道中缓冲区的大小。如果容量大于零，则通道是异步的：如果缓冲区未满（发送）或不为空（接收），则通信操作会成功而不会阻塞，并且元素按照发送的顺序接收。如果容量为零或不存在，则只有当发送方和接收方都准备就绪时，通信才能成功。

请注意，通道上的非阻塞发送和接收可以使用已经提到的 select 语法来完成。

Answer 4

Goroutine 不拥有通道或通道上发送的值。因此，已经在通道上发送/正在发送值的 Goroutine 的执行状态不会影响其他 Goroutine 在该通道上发送或接收值的能力，除非通道的缓冲区已满，在这种情况下所有发送都会阻塞直到发生相应的接收，或者缓冲区为空，在这种情况下，所有接收都将阻塞，直到有相应的发送。

因为 goroutine 使用协作调度（它们必须屈服于调度程序，要么通过通道操作、系统调用，要么显式调用 runtime.Gosched()），所以 goroutine 不可能在“最糟糕的时刻”被打断。 Goroutine 有可能永远不会屈服，在这种情况下，它可能会无限期地占用线程。如果你只有一个执行线程，那么你的其他 goroutine 将永远不会被调度。 Goroutine 永远不会被调度是可能的，但从统计角度来看是不可能的。然而，如果除了一个 Goroutine 之外的所有 Goroutine 在发送或接收时都被阻塞，则必须调度剩余的 Goroutine。

有可能陷入僵局。如果我有两个 goroutine 正在执行：

func Goroutine(ch1, ch2 chan int) {
   i := <-ch1
   ch2 <- i
}
...
ch1, ch2 := make(chan int), make(chan int)
go Goroutine(ch1, ch2)
go Goroutine(ch2, ch1)

那么，很明显，两个 goroutine 都在等待对方发送一个值，而这永远不会发生。