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深入解析 Go 語言 GMP 模型:并發(fā)編程的核心機(jī)制

開發(fā) 前端
為了解決單進(jìn)程時(shí)代的效率問題,引入了多進(jìn)程和多線程并發(fā)模型。在這種模型中,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程阻塞時(shí),CPU可以切換到另一個(gè)準(zhǔn)備好的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。這樣可以充分利用CPU資源,提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。

在閱讀本文前,先帶著以下幾個(gè)關(guān)于GMP模型的面試題目進(jìn)行思考,以加深理解和掌握:

  1. 什么是GMP模型?請(qǐng)解釋其基本概念。
  • 回答要點(diǎn):解釋G、M、P的概念及其在調(diào)度模型中的角色。
  1. 如何理解GMP模型中線程的內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)?
  • 回答要點(diǎn):區(qū)分內(nèi)核態(tài)線程和用戶態(tài)線程,并說明它們?cè)贕MP模型中的作用。
  1. Go語言中的Goroutine與線程的映射關(guān)系是怎樣的?為什么選擇這種映射方式?
  • 回答要點(diǎn):解釋Goroutine與線程的多對(duì)多映射關(guān)系及其優(yōu)點(diǎn)。
  1. GMP模型如何解決線程調(diào)度中的鎖競(jìng)爭(zhēng)問題?
  • 回答要點(diǎn):介紹全局隊(duì)列和本地隊(duì)列的使用,以及G的分配機(jī)制。
  1. GMP模型中的Stealing機(jī)制是什么?它如何工作?
  • 回答要點(diǎn):描述Stealing機(jī)制的原理及其在Goroutine調(diào)度中的應(yīng)用。
  1. 什么是Hand off機(jī)制?在什么情況下會(huì)使用該機(jī)制?
  • 回答要點(diǎn):解釋Hand off機(jī)制及其在阻塞和系統(tǒng)調(diào)用中的應(yīng)用。
  1. 如何理解GMP模型中的搶占式調(diào)度?它解決了哪些問題?
  • 回答要點(diǎn):說明搶占式調(diào)度的原理及其在防止協(xié)程餓死中的作用。
  1. 什么是G0和M0?它們?cè)贕MP模型中扮演什么角色?
  • 回答要點(diǎn):描述G0和M0的定義及其在Goroutine調(diào)度中的功能。
  1. 請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明GMP模型中的調(diào)度策略。
  • 回答要點(diǎn):逐步解釋Goroutine的創(chuàng)建、喚醒、偷取、切換、自旋、系統(tǒng)調(diào)用和阻塞處理策略。
  1. 如何在實(shí)際項(xiàng)目中調(diào)優(yōu)GMP調(diào)度模型?
  • 回答要點(diǎn):討論如何通過調(diào)整GOMAXPROCS等參數(shù)來優(yōu)化調(diào)度性能。

帶著這些問題閱讀本文,可以幫助你更系統(tǒng)地掌握GMP模型的核心概念和調(diào)度機(jī)制,提高面試中的應(yīng)答能力。

單進(jìn)程時(shí)代

基本概念

在單進(jìn)程時(shí)代,一個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)運(yùn)行中的程序。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行程序時(shí),會(huì)從頭到尾依次執(zhí)行完一個(gè)程序,然后再執(zhí)行下一個(gè)程序。在這種模型中,不需要復(fù)雜的調(diào)度機(jī)制,因?yàn)橹挥幸粋€(gè)執(zhí)行流程。

面臨的兩個(gè)問題

  1. 單一執(zhí)行流程:由于只能一個(gè)個(gè)執(zhí)行程序,無法同時(shí)處理多個(gè)任務(wù),這大大限制了CPU的利用率。
  2. 進(jìn)程阻塞:當(dāng)一個(gè)進(jìn)程遇到I/O操作等阻塞情況時(shí),CPU資源會(huì)被浪費(fèi),等待進(jìn)程完成阻塞操作后再繼續(xù)執(zhí)行,導(dǎo)致效率低下。

多進(jìn)程/線程并發(fā)時(shí)代

基本概念

為了解決單進(jìn)程時(shí)代的效率問題,引入了多進(jìn)程和多線程并發(fā)模型。在這種模型中,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程阻塞時(shí),CPU可以切換到另一個(gè)準(zhǔn)備好的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。這樣可以充分利用CPU資源,提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。

兩個(gè)問題

  1. 高開銷:進(jìn)程擁有大量資源,進(jìn)程的創(chuàng)建、切換和銷毀都需要消耗大量的時(shí)間和資源。這導(dǎo)致CPU很大一部分時(shí)間都在處理進(jìn)程調(diào)度,而不是實(shí)際的任務(wù)執(zhí)行。
  2. 高內(nèi)存占用:在32位機(jī)器下,進(jìn)程的虛擬內(nèi)存占用為4GB,線程占用為4MB。大量的線程和進(jìn)程會(huì)導(dǎo)致高內(nèi)存消耗,限制了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

協(xié)程的引入

為了解決多進(jìn)程和多線程帶來的高開銷和高內(nèi)存占用問題,引入了協(xié)程(Coroutine)。協(xié)程是一種比線程更輕量級(jí)的執(zhí)行單元。協(xié)程在用戶態(tài)進(jìn)行調(diào)度,避免了頻繁的上下文切換帶來的開銷。Go語言的GMP模型正是基于協(xié)程的設(shè)計(jì)。

協(xié)程的基本概念

在深入了解Goroutine之前,先來了解一下協(xié)程(Coroutine)的基本概念。

內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)

  • 內(nèi)核態(tài)線程:由操作系統(tǒng)管理和調(diào)度,CPU只負(fù)責(zé)處理內(nèi)核態(tài)線程。
  • 用戶態(tài)線程:由用戶程序管理,需綁定到內(nèi)核態(tài)線程上執(zhí)行,協(xié)程即為用戶態(tài)線程的一種。

圖片圖片

內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)線程關(guān)系圖

  • Kernel Space(內(nèi)核空間):上半部分的灰色區(qū)域,表示操作系統(tǒng)管理的內(nèi)核空間。
  • User Space(用戶空間):下半部分的白色區(qū)域,表示用戶程序運(yùn)行的空間。
  • Kernel Thread 1 和 Kernel Thread 2(內(nèi)核線程):由操作系統(tǒng)管理的內(nèi)核線程,CPU直接處理這些線程。
  • User Thread 1、User Thread 2 和 User Thread 3(用戶線程):由用戶程序管理的用戶線程(協(xié)程),需綁定到內(nèi)核線程上執(zhí)行。

執(zhí)行流程

  1. 用戶態(tài)線程:
  • 用戶程序創(chuàng)建多個(gè)用戶線程(如協(xié)程),如圖中的“User Thread 1”、“User Thread 2”和“User Thread 3”。
  1. 內(nèi)核態(tài)線程:
  • 用戶線程需綁定到內(nèi)核態(tài)線程上執(zhí)行,如圖中的“Kernel Thread 1”和“Kernel Thread 2”。

  1. CPU處理:

  • CPU只處理內(nèi)核態(tài)線程,通過綁定關(guān)系,用戶態(tài)線程的執(zhí)行也依賴于內(nèi)核態(tài)線程的調(diào)度。

  • 圖中的紅色箭頭表示CPU正在處理內(nèi)核線程,從而間接處理綁定的用戶線程。

線程和協(xié)程的映射關(guān)系

  1. 單線程綁定所有協(xié)程:

問題1:無法利用多核CPU的能力。

問題2:如果某個(gè)協(xié)程阻塞,整個(gè)線程和進(jìn)程都將阻塞,導(dǎo)致其他協(xié)程無法執(zhí)行,喪失并發(fā)能力。

  1. 一對(duì)一映射:

將每個(gè)協(xié)程綁定到一個(gè)線程上,退回到多進(jìn)程/線程的模式,協(xié)程的創(chuàng)建、切換、銷毀均需CPU完成,效率低下。

  1. 多對(duì)多映射:

允許多個(gè)協(xié)程綁定到多個(gè)線程上,形成M:N的關(guān)系。這樣可以充分利用多核CPU,并通過協(xié)程調(diào)度器高效管理協(xié)程的執(zhí)行。

圖片圖片

Goroutine

Goroutine是Go語言中的協(xié)程,實(shí)現(xiàn)了輕量級(jí)并發(fā)。與傳統(tǒng)的線程相比,Goroutine具有以下顯著特點(diǎn):

輕量級(jí)

Goroutine非常輕量,初始化時(shí)僅占用幾KB的棧內(nèi)存,并且棧內(nèi)存可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)伸縮。這使得我們可以在Go程序中創(chuàng)建成千上萬個(gè)Goroutine,而不會(huì)消耗過多的系統(tǒng)資源。

高效調(diào)度

Goroutine的調(diào)度由Go語言的運(yùn)行時(shí)(runtime)負(fù)責(zé),而不是操作系統(tǒng)。Go運(yùn)行時(shí)在用戶態(tài)進(jìn)行調(diào)度,避免了頻繁的上下文切換帶來的開銷,使得調(diào)度更加高效。

Goroutine的使用示例

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例,展示了如何在Go語言中使用Goroutine進(jìn)行并發(fā)編程。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func say(s string) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
    go say("Hello")
    go say("World")
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("Done")
}

在這個(gè)示例中,兩個(gè)Goroutine同時(shí)執(zhí)行,分別打印"Hello"和"World"。通過使用go關(guān)鍵字,我們可以輕松地啟動(dòng)一個(gè)新的Goroutine。

需要注意的事項(xiàng)

  1. 主Goroutine的結(jié)束:在Go程序中,main函數(shù)本身也是一個(gè)Goroutine,稱為主Goroutine。當(dāng)主Goroutine結(jié)束時(shí),所有其他Goroutine也會(huì)隨之終止。因此,需要確保主Goroutine等待所有子Goroutine執(zhí)行完畢。
  2. 同步和共享數(shù)據(jù):雖然Goroutine之間共享內(nèi)存空間,但需要通過同步機(jī)制(如通道和鎖)來避免競(jìng)爭(zhēng)條件。Go語言推薦使用通道(channel)進(jìn)行Goroutine之間的通信,以保證數(shù)據(jù)的安全性和同步性。

示例:使用通道進(jìn)行同步

下面的示例展示了如何使用通道來同步多個(gè)Goroutine的執(zhí)行。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    fmt.Printf("Worker %d starting\n", id)
    // 模擬工作
    fmt.Printf("Worker %d done\n", id)
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 1; i <= 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go worker(i, &wg)
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("All workers done")
}

在這段代碼中,使用sync.WaitGroup來同步多個(gè)Goroutine。主Goroutine啟動(dòng)多個(gè)子Goroutine并等待它們完成,每個(gè)子Goroutine在完成任務(wù)后調(diào)用wg.Done()減少計(jì)數(shù),主Goroutine調(diào)用wg.Wait()阻塞等待所有子Goroutine完成。

執(zhí)行流程

  1. 主Goroutine啟動(dòng)多個(gè)子Goroutine(Goroutine 1、2、3)。
  2. 各個(gè)Goroutine并發(fā)執(zhí)行它們的任務(wù)。
  3. 每個(gè)Goroutine在完成任務(wù)后,向通道發(fā)送信號(hào)表示已完成。
  4. 主Goroutine通過通道接收所有子Goroutine的完成信號(hào),然后繼續(xù)執(zhí)行。

圖片圖片

Goroutine執(zhí)行與同步流程圖

這張圖展示了多個(gè)Goroutine同時(shí)執(zhí)行的流程以及如何通過通道(Channel)進(jìn)行同步。

  • Goroutine 1、2、3:代表多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的Goroutine,分別標(biāo)記為“Goroutine 1”、“Goroutine 2”和“Goroutine 3”。
  • Main Goroutine:主Goroutine,它負(fù)責(zé)啟動(dòng)其他Goroutine并等待它們完成。
  • Channel:用于同步Goroutine的通道。

關(guān)于waitgroup我會(huì)在下一章節(jié)中進(jìn)行詳細(xì)講解,歡迎訂閱我的頻道!在本實(shí)例代碼中大家了解使用即可。

Goroutine調(diào)度器

基本概念

在Go中,線程是運(yùn)行Goroutine的實(shí)體,而調(diào)度器的功能是將可運(yùn)行的Goroutine分配到工作線程上。Go語言采用了一種高效的Goroutine調(diào)度機(jī)制,使得程序能夠在多核處理器上高效運(yùn)行。

被廢棄的調(diào)度器

早期的調(diào)度器采用了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),存在多個(gè)缺陷:

  • 概念:用大寫的G表示協(xié)程,用大寫的M表示線程。
  • 問題:

鎖競(jìng)爭(zhēng):每個(gè)M(線程)想要執(zhí)行、放回G(協(xié)程)都必須訪問一個(gè)全局G隊(duì)列,因此對(duì)G的訪問需要加鎖以保證并發(fā)安全。當(dāng)有很多線程時(shí),鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈,影響系統(tǒng)性能。

局部性破壞:M轉(zhuǎn)移G會(huì)造成延遲和額外的系統(tǒng)負(fù)載。例如,當(dāng)一個(gè)G內(nèi)創(chuàng)建另一個(gè)G'時(shí),為了繼續(xù)執(zhí)行G,需要將G'交給另一個(gè)M'執(zhí)行,這會(huì)破壞程序的局部性。

系統(tǒng)開銷:CPU在線程之間頻繁切換導(dǎo)致頻繁的系統(tǒng)調(diào)用,增加了系統(tǒng)開銷。

GMP模型的設(shè)計(jì)思想

為了克服上述問題,Go引入了GMP模型:

  • 基本概念:

Go語言使用GMP模型來管理并發(fā)執(zhí)行。GMP模型由三個(gè)核心組件組成:G(Goroutine)、M(Machine)、P(Processor)。

G(Goroutine)

Goroutine是Go語言中的協(xié)程,代表一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行單元。Goroutine比線程更加輕量級(jí),啟動(dòng)一個(gè)Goroutine的開銷非常小。Goroutine的調(diào)度由Go運(yùn)行時(shí)在用戶態(tài)進(jìn)行。

M(Machine)

M代表操作系統(tǒng)的線程。M負(fù)責(zé)實(shí)際執(zhí)行Go代碼。一個(gè)M可以執(zhí)行多個(gè)Goroutine,但同一時(shí)間只能執(zhí)行一個(gè)Goroutine。M與操作系統(tǒng)的線程直接對(duì)應(yīng),Go運(yùn)行時(shí)通過M來利用多核CPU的并行計(jì)算能力。

P(Processor)

P代表執(zhí)行上下文(Processor)。P管理著可運(yùn)行的Goroutine隊(duì)列,并負(fù)責(zé)與M進(jìn)行綁定。P的數(shù)量決定了可以并行執(zhí)行的Goroutine的數(shù)量。Go運(yùn)行時(shí)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的CPU核數(shù)設(shè)置P的數(shù)量。

  • GMP模型的組成:
  • 全局G隊(duì)列:存放等待運(yùn)行的G。
  • P的本地G隊(duì)列:存放不超過256個(gè)G。當(dāng)新建協(xié)程時(shí)優(yōu)先將G存放到本地隊(duì)列,本地隊(duì)列滿了后將一半的G移動(dòng)到全局隊(duì)列。
  • M:內(nèi)核態(tài)線程,線程想要運(yùn)行協(xié)程需要先獲取一個(gè)P,從P的本地G隊(duì)列中獲取G。當(dāng)本地隊(duì)列為空時(shí),會(huì)嘗試從全局隊(duì)列或其他P的本地G列表中偷取G。
  • P列表:程序啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建GOMAXPROCS個(gè)P,并保存在數(shù)組中。
  • 調(diào)度器與OS調(diào)度器結(jié)合:Go的Goroutine調(diào)度器與操作系統(tǒng)調(diào)度器結(jié)合,OS調(diào)度器負(fù)責(zé)將線程分配給CPU執(zhí)行。

圖片圖片

設(shè)計(jì)策略

  • 復(fù)用線程的兩個(gè)策略:

Work Stealing機(jī)制:當(dāng)本線程沒有可執(zhí)行的G時(shí),優(yōu)先從全局G隊(duì)列中獲取一批G。如果全局隊(duì)列中沒有,則嘗試從其他P的G隊(duì)列中偷取G。

Hand Off機(jī)制:當(dāng)本線程因G進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用等阻塞時(shí),線程會(huì)釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的M執(zhí)行。

  • 利用并行:有GOMAXPROCS個(gè)P,則可以有同樣數(shù)量的線程并行執(zhí)行。
  • 搶占式調(diào)度:Goroutine是協(xié)作式的,一個(gè)協(xié)程只有讓出CPU才能讓下一個(gè)協(xié)程執(zhí)行,而Goroutine執(zhí)行超過10ms就會(huì)強(qiáng)制讓出CPU,防止其他協(xié)程餓死。
  • 特殊的G0和M0:
  • G0:每次啟動(dòng)一個(gè)M都會(huì)創(chuàng)建的第一個(gè)Goroutine,僅用于調(diào)度,不指向任何可執(zhí)行的函數(shù)。每個(gè)M都有一個(gè)自己的G0,在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時(shí)使用G0的棧空間。
  • M0:?jiǎn)?dòng)程序后的第一個(gè)主線程,負(fù)責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動(dòng)第一個(gè)Goroutine,此后與其他M一樣。

調(diào)度策略

  • 創(chuàng)建兩步:

通過go func()創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程。

新創(chuàng)建的協(xié)程優(yōu)先保存在P的本地G隊(duì)列,如果本地隊(duì)列滿了,會(huì)將P本地隊(duì)列中的一半G打亂順序移入全局隊(duì)列。

圖片圖片

  • 喚醒獲取:

創(chuàng)建G時(shí)運(yùn)行的G會(huì)嘗試喚醒其他的PM組合去執(zhí)行。假設(shè)G2喚醒了M2,M2綁定了P2,但P2本地隊(duì)列沒有G,此時(shí)M2為自旋線程。M2便會(huì)嘗試從全局隊(duì)列中獲取G。

  • 偷取:
  • 假設(shè)P的本地隊(duì)列和全局隊(duì)列都空了,會(huì)從其他P偷取一半G到自己的本地隊(duì)列執(zhí)行。
  • 切換邏輯:
  • G1運(yùn)行完后,M上運(yùn)行的協(xié)程切換回G0,G0負(fù)責(zé)調(diào)度時(shí)協(xié)程的切換。先從P的本地隊(duì)列獲取G2,從G0切換到G2,從而實(shí)現(xiàn)M的復(fù)用。
  • 自旋:
  • 自旋線程會(huì)占用CPU時(shí)間,但創(chuàng)建銷毀線程也會(huì)消耗CPU時(shí)間,系統(tǒng)最多有GOMAXPROCS個(gè)自旋線程,其余的線程會(huì)在休眠M(jìn)隊(duì)列里。
  • 系統(tǒng)調(diào)用:
  • 當(dāng)G進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)會(huì)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)被阻塞,GM會(huì)綁定在一起進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用。M會(huì)釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的M執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時(shí),GM會(huì)嘗試獲取一個(gè)空閑的P。
  • 阻塞處理:
  • 當(dāng)G因channel或network I/O阻塞時(shí),不會(huì)阻塞M,當(dāng)超過10ms時(shí)M會(huì)尋找其他可運(yùn)行的G。
  • 公平性:
  • 調(diào)度器每調(diào)度61次時(shí),會(huì)嘗試從全局隊(duì)列里取出待運(yùn)行的Goroutine來運(yùn)行,如果沒有找到,就去其他P偷一些Goroutine來執(zhí)行。

GMP模型的優(yōu)勢(shì)

  1. 高效的資源利用:通過在用戶態(tài)進(jìn)行調(diào)度,避免了頻繁的上下文切換帶來的開銷,充分利用CPU資源。
  2. 輕量級(jí)并發(fā):Goroutine比線程更加輕量級(jí),可以啟動(dòng)大量的Goroutine而不會(huì)消耗大量?jī)?nèi)存。
  3. 自動(dòng)調(diào)度:Go運(yùn)行時(shí)自動(dòng)管理Goroutine的調(diào)度,無需程序員手動(dòng)干預(yù),簡(jiǎn)化了并發(fā)編程的復(fù)雜度。

面試題

如果問到了說一說GMP調(diào)度模型,建議需要說的內(nèi)容

在面試中,如果被問到GMP調(diào)度模型,建議全面地回答以下內(nèi)容。如果能完整且詳細(xì)地講述這些內(nèi)容,將會(huì)展示你對(duì)GMP調(diào)度模型的深刻理解和熟練掌握,這將是面試中的亮點(diǎn)。

基本概念

  1. 線程的內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài):

線程分為“內(nèi)核態(tài)”和“用戶態(tài)”。用戶態(tài)線程即協(xié)程,必須綁定一個(gè)內(nèi)核態(tài)線程。CPU只負(fù)責(zé)處理內(nèi)核態(tài)線程。

  1. 調(diào)度器:

在Go中,線程是運(yùn)行Goroutine的實(shí)體。調(diào)度器的功能是將可運(yùn)行的Goroutine分配到工作線程上。

  1. 映射關(guān)系:

在Go語言中,線程與協(xié)程的映射關(guān)系是多對(duì)多的。這樣避免了多個(gè)協(xié)程對(duì)應(yīng)一個(gè)線程時(shí)出現(xiàn)的無法使用多核和并發(fā)的問題。Go的協(xié)程是協(xié)作式的,只有讓出CPU資源才能調(diào)度。如果一個(gè)協(xié)程阻塞,只有一個(gè)線程在運(yùn)行,其他協(xié)程也會(huì)被阻塞。

四個(gè)概念

  1. 全局隊(duì)列:

存放等待運(yùn)行的Goroutine。

  1. 本地隊(duì)列:

每個(gè)P(處理器)都有一個(gè)本地隊(duì)列,存放不超過256個(gè)Goroutine。新建協(xié)程時(shí)優(yōu)先放入本地隊(duì)列,本地隊(duì)列滿了則將一半的G移入全局隊(duì)列。

  1. GMP:

G:Goroutine,Go語言中的協(xié)程。

M:Machine,內(nèi)核態(tài)線程,運(yùn)行Goroutine的實(shí)體。

P:Processor,處理器,包含運(yùn)行Goroutine的資源和本地隊(duì)列。

設(shè)計(jì)策略

  1. 復(fù)用線程:

Stealing機(jī)制:當(dāng)一個(gè)線程沒有可執(zhí)行的G時(shí),會(huì)從全局隊(duì)列或其他P的本地隊(duì)列中偷取G來執(zhí)行。

Hand off機(jī)制:當(dāng)一個(gè)線程因G進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用等阻塞時(shí),線程會(huì)釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的M執(zhí)行。

  1. P并行:

有GOMAXPROCS個(gè)P,代表最多有這么多個(gè)線程并行執(zhí)行。

  1. 搶占式調(diào)度:

Goroutine執(zhí)行超過10ms就會(huì)強(qiáng)制讓出CPU,防止其他協(xié)程餓死。

  1. 特殊的G0和M0:

G0:每個(gè)M啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的第一個(gè)Goroutine,僅用于調(diào)度,不執(zhí)行用戶代碼。每個(gè)M都有一個(gè)G0。

M0:程序啟動(dòng)后的第一個(gè)主線程,負(fù)責(zé)初始化操作和啟動(dòng)第一個(gè)Goroutine。

調(diào)度策略

  1. 創(chuàng)建:

通過go func()創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程。新創(chuàng)建的協(xié)程優(yōu)先保存在P的本地G隊(duì)列,如果本地隊(duì)列滿了,會(huì)將P本地隊(duì)列中的一半G移入全局隊(duì)列。

  1. 喚醒:

創(chuàng)建G時(shí),當(dāng)前運(yùn)行的G會(huì)嘗試喚醒其他PM組合執(zhí)行。若喚醒的M綁定的P本地隊(duì)列為空,M會(huì)嘗試從全局隊(duì)列獲取G。

  1. 偷取:

如果P的本地隊(duì)列和全局隊(duì)列都為空,會(huì)從其他P偷取一半G到自己的本地隊(duì)列執(zhí)行。

  1. 切換:

G1運(yùn)行完后,M上運(yùn)行的Goroutine切換回G0,G0負(fù)責(zé)調(diào)度協(xié)程的切換。G0從P的本地隊(duì)列獲取G2,實(shí)現(xiàn)M的復(fù)用。

  1. 自旋:

自旋線程會(huì)占用CPU時(shí)間,但創(chuàng)建銷毀線程也消耗CPU時(shí)間。系統(tǒng)最多有GOMAXPROCS個(gè)自旋線程,其他線程在休眠M(jìn)隊(duì)列里。

  1. 系統(tǒng)調(diào)用:

當(dāng)G進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)被阻塞,M會(huì)釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的M執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束,GM會(huì)嘗試獲取一個(gè)空閑的P。

  1. 阻塞處理:

當(dāng)G因channel或network I/O阻塞時(shí),不會(huì)阻塞M。超過10ms時(shí),M會(huì)尋找其他可運(yùn)行的G。

  1. 公平性:

調(diào)度器每調(diào)度61次時(shí),會(huì)嘗試從全局隊(duì)列中取出待運(yùn)行的Goroutine來運(yùn)行。如果沒有找到,就去其他P偷一些Goroutine來執(zhí)行。

責(zé)任編輯:武曉燕 來源: 王中陽
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