golang将多路复异步io转成阻塞io的方法详解

　　前言

　　本文主要给大家介绍了关于golang 如何将多路复异步io转变成阻塞io的相关内容，分享出来供大家参考学习，下面话不多说了，来一起看看详细的介绍：

　　对于我们都会写上面的代码，很简单，的确golang的网络部分对于我们隐藏了太多东西，我们不用像c++一样去调用底层的socket函数，也不用去使用epoll等复杂的io多路复用相关的逻辑，但是上面的代码真的就像我们看起来的那样在调用accept和read时阻塞吗？

　　 // Multiple goroutines may invoke methods on a Conn simultaneously. //官方注释：多个goroutines可能同时调用方法在一个连接上，我的理解就是所谓的惊群效应吧 //换句话说就是你多个goroutines监听同一个连接同一个事件，所有的goroutines都会触发， //这只是我的猜测，有待验证。 type Conn interface { Read(b []byte) (n int, err error) Write(b []byte) (n int, err error) Close() error LocalAddr() Addr RemoteAddr() Addr SetDeadline(t time.Time) error SetReadDeadline(t time.Time) error SetWriteDeadline(t time.Time) error } type conn struct { fd *netFD }

　　这里面又一个Conn接口，下面conn实现了这个接口，里面只有一个成员netFD.

　　 // Network file descriptor. type netFD struct { // locking/lifetime of sysfd + serialize access to Read and Write methods fdmu fdMutex // immutable until Close sysfd int family int sotype int isConnected bool net string laddr Addr raddr Addr // wait server pd pollDesc } func (fd *netFD) accept() (netfd *netFD, err error) { //................ for { s, rsa, err = accept(fd.sysfd) if err != nil { nerr, ok := err.(*os.SyscallError) if !ok { return nil, err } switch nerr.Err { /* 如果错误是EAGAIN说明Socket的缓冲区为空，未读取到任何数据 则调用fd.pd.WaitRead，*/ case syscall.EAGAIN: if err = fd.pd.waitRead(); err == nil { continue } case syscall.ECONNABORTED: continue } return nil, err } break } //......... //代码过长不再列出，感兴趣看go的源码，runtime 下的fd_unix.go return netfd, nil }

　　上面代码段是accept部分，这里我们注意当accept有错误发生的时候，会检查这个错误是否是syscall.EAGAIN，如果是，则调用WaitRead将当前读这个fd的goroutine在此等待，直到这个fd上的读事件再次发生为止。当这个socket上有新数据到来的时候，WaitRead调用返回，继续for循环的执行，这样以来就让调用netFD的Read的地方变成了同步“阻塞”。有兴趣的可以看netFD的读和写方法，都有同样的实现。

　　到这里所有的疑问都集中到了pollDesc上，它到底是什么呢？

　　 const ( pdReady uintptr = 1 pdWait uintptr = 2 ) // Network poller descriptor. type pollDesc struct { link *pollDesc // in pollcache, protected by pollcache.lock lock mutex // protects the following fields fd uintptr closing bool seq uintptr // protects from stale timers and ready notifications rg uintptr // pdReady, pdWait, G waiting for read or nil rt timer // read deadline timer (set if rt.f != nil) rd int64 // read deadline wg uintptr // pdReady, pdWait, G waiting for write or nil wt timer // write deadline timer wd int64 // write deadline user uint32 // user settable cookie } type pollCache struct { lock mutex first *pollDesc }

　　pollDesc网络轮询器是Golang中针对每个socket文件描述符建立的轮询机制。 此处的轮询并不是一般意义上的轮询，而是Golang的runtime在调度goroutine或者GC完成之后或者指定时间之内，调用epoll_wait获取所有产生IO事件的socket文件描述符。当然在runtime轮询之前，需要将socket文件描述符和当前goroutine的相关信息加入epoll维护的数据结构中，并挂起当前goroutine，当IO就绪后，通过epoll返回的文件描述符和其中附带的goroutine的信息，重新恢复当前goroutine的执行。这里我们可以看到pollDesc中有两个变量wg和rg，其实我们可以把它们看作信号量，这两个变量有几种不同的状态：

　　 pdReady：io就绪 pdWait：当前的goroutine正在准备挂起在信号量上，但是还没有挂起。 G pointer：当我们把它改为指向当前goroutine的指针时，当前goroutine挂起

　　继续接着上面的WaitRead调用说起，go在这里到底做了什么让当前的goroutine挂起了呢。

　　 func net_runtime_pollWait(pd *pollDesc, mode int) int { err := netpollcheckerr(pd, int32(mode)) if err != 0 { return err } // As for now only Solaris uses level-triggered IO. if GOOS == solaris { netpollarm(pd, mode) } for !netpollblock(pd, int32(mode), false) { err = netpollcheckerr(pd, int32(mode)) if err != 0 { return err } // Can happen if timeout has fired and unblocked us, // but before we had a chance to run, timeout has been reset. // Pretend it has not happened and retry. } return 0 } // returns true if IO is ready, or false if timedout or closed // waitio - wait only for completed IO, ignore errors func netpollblock(pd *pollDesc, mode int32, waitio bool) bool { //根据读写模式获取相应的pollDesc中的读写信号量 gpp := &pd.rg if mode == w { gpp = &pd.wg } for { old := *gpp //已经准备好直接返回true if old == pdReady { *gpp = 0 return true } if old != 0 { throw(netpollblock: double wait) } //设置gpp pdWait if atomic.Casuintptr(gpp, 0, pdWait) { break } } if waitio netpollcheckerr(pd, mode) == 0 { gopark(netpollblockcommit, unsafe.Pointer(gpp), IO wait, traceEvGoBlockNet, 5) } old := atomic.Xchguintptr(gpp, 0) if old > pdWait { throw(netpollblock: corrupted state) } return old == pdReady }

　　当调用WaitRead时经过一段汇编最重调用了上面的net_runtime_pollWait函数，该函数循环调用了netpollblock函数，返回true表示io已准备好，返回false表示错误或者超时，在netpollblock中调用了gopark函数，gopark函数调用了mcall的函数，该函数用汇编来实现，具体功能就是把当前的goroutine挂起，然后去执行其他可执行的goroutine。到这里整个goroutine挂起的过程已经结束，那当goroutine可读的时候是如何通知该goroutine呢，这就是epoll的功劳了。

　　 func netpoll(block bool) *g { if epfd == -1 { return nil } waitms := int32(-1) if !block { waitms = 0 } var events [128]epollevent retry: //每次最多监听128个事件 n := epollwait(epfd, &events[0], int32(len(events)), waitms) if n < 0 { if n != -_EINTR { println(runtime: epollwait on fd, epfd, failed with, -n) throw(epollwait failed) } goto retry } var gp guintptr for i := int32(0); i < n; i++ { ev := &events[i] if ev.events == 0 { continue } var mode int32 //读事件 if ev.events&(_EPOLLIN_EPOLLRDHUP_EPOLLHUP_EPOLLERR) != 0 { mode += r } //写事件 if ev.events&(_EPOLLOUT_EPOLLHUP_EPOLLERR) != 0 { mode += w } if mode != 0 { //把epoll中的data转换成pollDesc pd := *(**pollDesc)(unsafe.Pointer(&ev.data)) netpollready(&gp, pd, mode) } } if block && gp == 0 { goto retry } return gp.ptr() }

　　这里就是熟悉的代码了，epoll的使用，看起来亲民多了。pd:=*(**pollDesc)(unsafe.Pointer(&ev.data))这是最关键的一句，我们在这里拿到当前可读时间的pollDesc，上面我们已经说了，当pollDesc的读写信号量保存为G pointer时当前goroutine就会挂起。而在这里我们调用了netpollready函数，函数中把相应的读写信号量G指针擦出，置为pdReady，G-pointer状态被抹去，当前goroutine的G指针就放到可运行队列中，这样goroutine就被唤醒了。

　　可以看到虽然我们在写tcp server看似一个阻塞的网络模型，在其底层实际上是基于异步多路复用的机制来实现的，只是把它封装成了跟阻塞io相似的开发模式，这样是使得我们不用去关注异步io，多路复用等这些复杂的概念以及混乱的回调函数。

　　总结

　　以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对脚本之家的支持。