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チャネルの仕組み
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Kenshi Kamata
April 16, 2018
Programming
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チャネルの仕組み
2018/04/16 golang.tokyo #14 の発表です
Kenshi Kamata
April 16, 2018
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Transcript
チャネルのしくみ golang.tokyo #14
自己紹介 • 鎌田健史 • KLab 株式会社 ◦ Unity でエディタ拡張書いたり ◦
JS でミニゲーム作ってたり ◦ 最近は Python ツールのサポート • Women Who Go のハンズオンのお手 伝い
資料 動画
帰ってやってほしいこと • GopherCon の発表を調べてみる ◦ 20 分くらいの発表 + 資料 •
実際に channel のソースコードを読んで見る
話したいこと • チャネルのおさらい • チャネルの構造 ◦ バッファありチャネルのデータ保存の仕組み • チャネルとデータの送受信の仕組み ◦
シンプルなやり取り ◦ 処理をブロックするとき
channel のおさらい https://go-tour-jp.appspot.com/concurrency/2 • goroutine 間で競合を起こさずにデータをやり取りする仕組み • Queue を持っていてデータを保存できる •
やり取りするデータの型を持っている goroutine1 goroutine2 chan
channel のおさらい • データのやり取りは FIFO • channel とやり取りできない場合、処理をブロックする • データをやりとり出来るようになると処理を再開する
• close(chan) することで送信側の終了を伝えることができる ◦ range ループで受け取っているときなど
コード例 Playgroundで試す
channel の構造 • チャネルには2種類ある ◦ バッファあり/なし • 実装 ◦ https://golang.org/src/runtime/chan.go#L31
• chan T で生成されるものは実は hchan 構造体のポインタ • メモリ上のヒープ領域に配置される
hchan の構造
バッファありチャネルの内部 • buf ◦ データを持つための配列への unsafe.Pointer • lock ◦ チャネルとデータのやり取りをするときにロックを取る
• sendx ◦ チャネルに送った場合に配列のどこに置かれるか • recvx ◦ チャネルから取り出すときにどの位置から出すか
バッファありチャネル • 生成時に容量を指定するとバッファありチャネル • ch := make(chan string, 10) buf
sendx = 0 lock recvx = 0 ・・・ 0 1 ・・・ 9
バッファありチャネル • 要素を追加すると... buf sendx = 1 lock recvx =
0 0 1 ・・・ 9 ch <- “hello” 0 1 ・・・ 9
バッファありチャネル • 要素を追加すると... buf sendx = 2 lock recvx =
0 0 1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
バッファありチャネル • 一杯になると... buf sendx = 0 lock recvx =
0 0 1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
バッファありチャネル • 要素を取りだすと... buf sendx = 0 lock recvx =
1 0 1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
まとめ • chan T の実態は hchan のポインタ • バッファありチャネルのバッファは FIFO
• その実装はデータを取り出すためのインデックスとデータを受け取 るためのインデックスで実装されている
チャネルの送受信
シンプルな送受信 1. ロックを取る 2. バッファにコピー/バッファからコピー 3. ロック解除
送信 buf sendx = 0 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
送信 buf sendx = 0 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
送信 buf sendx = 0 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
送信 buf sendx = 1 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
送信 buf sendx = 1 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9 0 1 ・・・ 9
受信 buf sendx = 1 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9
受信 buf sendx = 1 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9
受信 buf sendx = 1 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9
受信 buf sendx = 1 lock recvx = 1 0
1 ・・・ 9
バッファを超える送信をした場合 buf sendx = 0 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9
バッファを超える送信をした場合 buf sendx = 0 lock recvx = 0 0
1 ・・・ 9 送信をブロックしなければいけない
寄り道: goroutine のスケジューリングの話 • M:N thread モデル ◦ M 個の
OS thread で N 個のgoroutine を分担して動かす • それぞれの OS thread に goroutine の Queue を持つ • キリが良いところまで実行して次の goroutine を実行する
G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling)
M 個の OS thread G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context
of Scheduling) G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling) ・・・
参考資料 • Goならわかるシステムプログラミング - Go言語と並列処理(2) • Go のスケジューラ実装とハマりポイント
送信をブロックする 1. スケジューラに対して止めるよう指示する(gopark) 2. OS thread は対象の goroutine を止めて実行から外す 3.
次の goroutine を実行する
G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling)
G G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling) ch
<- "schlusco"
channel から見たブロック • goroutine を停止する命令を投げる • 今の goroutine と送信用の値を Queue
に保存
buf lock sendq recvq sudog g elem Function01 schlusco
goroutine の再開 • シンプルに取りだす処理を行う • sudog にある要素を取りだして buf に追加 •
sudog にある goroutine を実行待ち状態にする
buf lock sendq recvq sudog g elem Function01 schlusco 0
1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function01 schlusco 0
1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function01 schlusco 0
1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function01 schlusco 0
1 ・・・ 9
G G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling)
受信側がブロックする場合 • 基本的に送信側がブロックする場合と逆
G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling)
G G M(OS thread) G G(goroutine) P(Context of Scheduling) food
:= <-ch
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food
goroutine を再開 • 送信処理を行う • sudog にある要素に buf の内容を渡す •
sudog にある goroutine を実行待ち状態にする
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food 0
1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food 0
1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food :=
“sushi” 0 1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food :=
“sushi” 0 1 ・・・ 9
もっと賢く • sudog の elem は受取先のポインタ • なのでここに直接書いてしまえばOK! • メモリコピーと
lock を取る回数も減って嬉しい
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food 0
1 ・・・ 9
buf lock sendq recvq sudog g elem Function02 food :=
“sushi” 0 1 ・・・ 9
バッファなしチャネルの話 • 基本的にこれまで話してきたことと同じ • バッファがないので常にブロックが発生する
Select で使う場合 • 全部の channel をロックする • 全部の channel の
sudog に自分を入れて待ち状態にする • 勝った case のところから処理を再開する
まとめ • channel は使い方はシンプル • だけど裏ではしっかり並列処理のための仕組みが動いている • 発表資料はとても勉強になった ◦ Gopher
Con は行けないけど他の資料も見ていきたい