Golang 的 interface 探究
536 / 0 / 创建于 4年前
8090Lambert 的个人博客
golang被诟病最多的，没有泛型应该算一个。作为强类型语言来说，没有泛型很多时候在业务开发上会有些不适应，但是它有个interface
类型，被很多人拿来当泛型玩，如果你了解它的原理也是没问题的。
但是你真的了解吗？
Interface
golang 中的interface，可以将任意类型的变量赋予它。常见的我们区分两种，一种就是struct类型的，因为struct
可能会有func；另外一种，就是非结构体的普通类型（下面提到的普通类型，都是指代除struct外的类型）
eface
1 package main
2
3 import "fmt"
4
5 func main() {
6 var x int
7 var y interface{}
8 x = 1
9 y = x
10 fmt.Println(y)
11 }当我们把int类型的变量赋值给interface类型时，会发生什么：
TEXT main.main(SB) /Users/such/gomodule/runtime/main.go
main.go:5 0x4a23a0 64488b0c25f8ffffff mov rcx, qword ptr fs:[0xfffffff8]
main.go:5 0x4a23a9 488d4424f8 lea rax, ptr [rsp-0x8]
main.go:5 0x4a23ae 483b4110 cmp rax, qword ptr [rcx+0x10]
main.go:5 0x4a23b2 0f86c7000000 jbe 0x4a247f
=> main.go:5 0x4a23b8* 4881ec88000000 sub rsp, 0x88
main.go:5 0x4a23bf 4889ac2480000000 mov qword ptr [rsp+0x80], rbp
main.go:5 0x4a23c7 488dac2480000000 lea rbp, ptr [rsp+0x80]
main.go:6 0x4a23cf 48c744243000000000 mov qword ptr [rsp+0x30], 0x0
main.go:7 0x4a23d8 0f57c0 xorps xmm0, xmm0
main.go:7 0x4a23db 0f11442448 movups xmmword ptr [rsp+0x48], xmm0
main.go:8 0x4a23e0 48c744243001000000 mov qword ptr [rsp+0x30], 0x1
main.go:9 0x4a23e9 48c7042401000000 mov qword ptr [rsp], 0x1
main.go:9 0x4a23f1 e89a70f6ff call $runtime.convT64追到runtime的convT64方法，一探究竟。
// type uint64InterfacePtr uint64
// var uint64Eface interface{} = uint64InterfacePtr(0)
// var uint64Type *_type = (*eface)(unsafe.Pointer(&uint64Eface))._type
func convT64(val uint64) (x unsafe.Pointer) {
if val == 0 {
x = unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
} else {
x = mallocgc(8, uint64Type, false)
*(*uint64)(x) = val
}
return
}这个方法返回了 val 的指针，其中uint64Type就是一个 0 值的uint64指针。有个疑问，这里uint64Type定义时，eface 是什么：
type eface struct {
_type *_type
data unsafe.Pointer
}这个结构体，恰好满足了，对于普通类型转换interface，或者说是将普通类型赋值给interface所必须的两个字段，当前类型的type
和值（这里貌似有点绕口）。真实的是，eface确实就是表示这类interface的结构体，在runtime中，还能看到其他普通类型的转换，convTslice、convTstring、convT64、convT32等其他几个方法。
iface
如果是一个拥有func的struct类型的变量，赋值给另一个interface，这类的interface在底层是怎么存的呢。如下所示：
1 package main
2
3 import "fmt"
4
5 type Human interface{ Introduce() string }
6
7 type Bob struct{ Human }
8
9 func (b Bob) Introduce() string { return "Name: Bob" }
10
11 func main() {
12 var y Human
13 x := Bob{}
14 y = x
15 fmt.Println(y)
16 }TEXT main.main(SB) /Users/such/gomodule/runtime/main.go
main.go:11 0x10b71a0 65488b0c2530000000 mov rcx, qword ptr gs:[0x30]
main.go:11 0x10b71a9 488d4424d0 lea rax, ptr [rsp-0x30]
main.go:11 0x10b71ae 483b4110 cmp rax, qword ptr [rcx+0x10]
main.go:11 0x10b71b2 0f860f010000 jbe 0x10b72c7
...省略部分指令
main.go:14 0x10b7202 e84921f5ff call $runtime.convT2I看汇编代码，在 16 行时，调用了runtime.convT2I，这个方法返回的类型是iface
func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) {
t := tab._type
if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2I))
}
if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true)
typedmemmove(t, x, elem)
i.tab = tab
i.data = x
return
}itab包括具体值的type和 interface 的type，还有其他字段
type itab struct {
inter *interfacetype // 接口定义的类型
_type *_type // 接口指向具体值的 type
hash uint32 // 类型的hash值
_ [4]byte
fun [1]uintptr // 判断接口是否实现所有方法（下面会讲到）
}在itab结构体的init方法中，是所有字段的初始化，重点看这个方法：
func (m *itab) init() string {
inter := m.inter
typ := m._type
x := typ.uncommon()
// 在 interfacetype 的结构体中，mhdr 存着所有需要实现的方法的
// 结构体切片 []imethod，都是按照方法名的字典序排列的，其中：
// ni 是全量的方法（所有要实现的方法）的个数
// nt 是已实现的方法的个数
ni := len(inter.mhdr)
nt := int(x.mcount)
xmhdr := (*[1 << 16]method)(add(unsafe.Pointer(x), uintptr(x.moff)))[:nt:nt]
j := 0
methods := (*[1 << 16]unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&m.fun[0]))[:ni:ni]
var fun0 unsafe.Pointer
imethods:
for k := 0; k < ni; k++ { // 从第一个开始，逐个对比
i := &inter.mhdr[k]
itype := inter.typ.typeOff(i.ityp)
name := inter.typ.nameOff(i.name)
iname := name.name()
ipkg := name.pkgPath()
if ipkg == "" {
ipkg = inter.pkgpath.name()
}
for ; j < nt; j++ {
t := &xmhdr[j]
tname := typ.nameOff(t.name)
// 比较已实现方法的 type 和 name 是否一致
if typ.typeOff(t.mtyp) == itype && tname.name() == iname {
pkgPath := tname.pkgPath()
if pkgPath == "" {
pkgPath = typ.nameOff(x.pkgpath).name()
}
if tname.isExported() || pkgPath == ipkg {
if m != nil {
// 计算每个 method 对应代码块的内存地址
ifn := typ.textOff(t.ifn)
if k == 0 {
fun0 = ifn // we'll set m.fun[0] at the end
} else {
methods[k] = ifn
}
}
continue imethods
}
}
}
// 如果没有找到，将 func[0] 设置为0，返回该实现的 method 的 name
m.fun[0] = 0
return iname
}
// 第一个方法的 ptr 和 type 的 hash
m.fun[0] = uintptr(fun0)
m.hash = typ.hash
return ""
}itabTable
还有一种将interface类型的实现，赋值给另外一个interface：
TEXT main.main(SB) /Users/such/gomodule/runtime/main.go
...省略部分指令
main.go:18 0x10b71f5 488d842480000000 lea rax, ptr [rsp+0x80]
main.go:18 0x10b71fd 4889442408 mov qword ptr [rsp+0x8], rax
main.go:18 0x10b7202 e84921f5ff call $runtime.convT2Ifunc convI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface) {
tab := i.tab
if tab == nil {
return
}
if tab.inter == inter {
r.tab = tab
r.data = i.data
return
}
r.tab = getitab(inter, tab._type, false)
r.data = i.data
return
}通过前面的分析，我们又知道， iface 是由 tab 和 data 两个字段组成。所以，实际上 convI2I 函数真正要做的事，
找到新 interface 的 tab 和 data，就大功告成了。在iface.go 文件头部定义了itabTable全局哈希表存所有itab，
其实就是空间换时间的思想。itabTable是itabTableType结构体（我的golang版本是1.12.7）
type itabTableType struct {
size uintptr // 大小，2的幂
count uintptr // 已有的 itab entry 个数
entries [itabInitSize]*itab // 保存 itab entry
}getitab
getitab是查找itab的方法
func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab {
if len(inter.mhdr) == 0 {
throw("internal error - misuse of itab")
}
if typ.tflag&tflagUncommon == 0 {
if canfail {
return nil
}
name := inter.typ.nameOff(inter.mhdr[0].name)
panic(&TypeAssertionError{nil, typ, &inter.typ, name.name()})
}
var m *itab
t := (*itabTableType)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&itabTable)))
if m = t.find(inter, typ); m != nil {
goto finish
}
// Not found. Grab the lock and try again.
lock(&itabLock)
if m = itabTable.find(inter, typ); m != nil {
unlock(&itabLock)
goto finish
}
// Entry doesn't exist yet. Make a new entry & add it.
m = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys))
m.inter = inter
m._type = typ
m.init()
itabAdd(m)
unlock(&itabLock)
finish:
if m.fun[0] != 0 {
return m
}
if canfail {
return nil
}
// 如果不是 "_, ok := " 类型的断言，会有panic
panic(&TypeAssertionError{concrete: typ, asserted: &inter.typ, missingMethod: m.init()})
}会调用find方法，根据interfacetype和_type的 hash 值，在itabTable中查找，找到的话直接返回；
否则，生成新的itab，加入 itabTable 中。有个问题，就是为什么第一次不加锁找，而第二次加锁？
我个人的理解是：首先：应该还是想避免锁的开销（之前在滴滴有幸听过曹大分享【内存重排】，对常用package在concurrently时，锁引起的问题做了一些分析。）， 而第二次加锁，我觉得更多的是在未找到 itab 后，会新生成一个 itab 写入全局哈希表中，如果有其他协程在查询时，也未找到，可以并发安全写入。
itabAdd
func itabAdd(m *itab) {
if getg().m.mallocing != 0 {
throw("malloc deadlock")
}
t := itabTable
if t.count >= 3*(t.size/4) { // 75% load factor
t2 := (*itabTableType)(mallocgc((2+2*t.size)*sys.PtrSize, nil, true))
t2.size = t.size * 2
iterate_itabs(t2.add)
if t2.count != t.count {
throw("mismatched count during itab table copy")
}
atomicstorep(unsafe.Pointer(&itabTable), unsafe.Pointer(t2))
t = itabTable
}
t.add(m)
}itabAdd 是添加itab加入itabTable的方法。既然是hash表，就一定会发生扩容。每次都
是2的倍数的增长，创建新的 itabTable 再原子的替换。在 iterate_itabs（复制）时，并
未加锁，这里不是协程安全的，而是在添加前，在getitab方法中有锁的操作，会等待复制完成。
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