Go 語(yǔ)言（Golang）的一大顯著特性是在其語(yǔ)法層面就內(nèi)建了對(duì)協(xié)程，即 goroutine 的支持，并且其運(yùn)行時(shí)（runtime）系統(tǒng)為這一功能提供了強(qiáng)大且原生的支撐。在我看來(lái)，選擇使用協(xié)程而非傳統(tǒng)的線程來(lái)支持高并發(fā)任務(wù)，帶來(lái)了諸多益處：

• 切換成本更低 ：協(xié)程的切換是純用戶態(tài)的操作，由 Go runtime 直接控制，避免了線程切換時(shí)需要在內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間傳遞上下文信息的開銷。相比之下，線程切換由操作系統(tǒng)（OS）層面實(shí)現(xiàn)，成本更高。
• 調(diào)度靈活性 ：goroutine 的調(diào)度由 Go runtime 決定，而非操作系統(tǒng)。這使得 Go 可以根據(jù)應(yīng)用特性實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的調(diào)度策略。
• 支持大規(guī)模并發(fā) ：由于協(xié)程在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)且資源占用小（例如，初始棧空間通常只有幾 KB），因此可以輕松創(chuàng)建和管理成千上萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)的 goroutine，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)線程所能支持的并發(fā)量。
• 創(chuàng)建與銷毀成本低 ：goroutine 的創(chuàng)建和銷毀由 Go runtime 管理，其開銷遠(yuǎn)小于操作系統(tǒng)線程。它們的棧空間是動(dòng)態(tài)伸縮的，初始分配很小，按需增長(zhǎng)，回收也更高效。
• 簡(jiǎn)化的并發(fā)編程模型 ：通過(guò) channel 和 select 等機(jī)制，goroutine 使得編寫和理解并發(fā)邏輯更為簡(jiǎn)單和安全，減少了對(duì)傳統(tǒng)并發(fā)編程中復(fù)雜鎖機(jī)制的依賴。

然而，這些輕量級(jí)的 goroutine 終究需要依托實(shí)際的操作系統(tǒng)線程才能在 CPU 上執(zhí)行。Go 語(yǔ)言是如何高效管理這些 goroutine 的呢？這就引出了我們今天要深入探討的核心機(jī)制—— GPM 模型 。

總體談?wù)?GPM

GPM 是 Go 調(diào)度器中三個(gè)核心組件的縮寫：

• G (Goroutine) ：即 Go 協(xié)程。它是 Go 程序中并發(fā)執(zhí)行的基本單元，擁有自己的棧空間、指令指針以及其他用于調(diào)度和執(zhí)行的上下文信息。G 的數(shù)量可以非常龐大。
• P (Processor) ：邏輯處理器。P 并非指物理 CPU 核心，而是 Go runtime 中的一個(gè)概念，它代表了 M (內(nèi)核線程) 執(zhí)行 Go 代碼所需要的上下文和資源，例如本地可運(yùn)行 G 的隊(duì)列（Local Run Queue, LRQ）、內(nèi)存分配狀態(tài)等。每個(gè) P 同時(shí)只能運(yùn)行一個(gè) G。P 的數(shù)量通常由環(huán)境變量 GOMAXPROCS 決定，默認(rèn)情況下等于可用的 CPU 核心數(shù)。
• M (Machine) ：內(nèi)核線程，即操作系統(tǒng)管理的線程。M 是實(shí)際執(zhí)行 Go 代碼的實(shí)體。一個(gè) M 必須與一個(gè) P 關(guān)聯(lián)才能執(zhí)行 G。

我們首先從宏觀層面理解這種設(shè)計(jì)背后的考量：

通過(guò)設(shè)定 GOMAXPROCS 來(lái)控制 P 的數(shù)量，Go 程序既能確保充分利用多核 CPU 的計(jì)算能力，又避免了因過(guò)多線程競(jìng)爭(zhēng) CPU 資源而導(dǎo)致的性能下降。通常，P 的數(shù)量與 CPU 核心數(shù)相等，這意味著在理想情況下，每個(gè)核心都有一個(gè) P 在積極地調(diào)度和執(zhí)行 G。

P 的角色至關(guān)重要，它作為 G 和 M 之間的橋梁。P 持有一個(gè)本地可運(yùn)行 G 的隊(duì)列 (LRQ)，當(dāng) M 需要執(zhí)行任務(wù)時(shí)，它會(huì)從其關(guān)聯(lián)的 P 的 LRQ 中獲取 G 來(lái)執(zhí)行。這種設(shè)計(jì)使得 G 的調(diào)度大部分發(fā)生在用戶態(tài)，避免了頻繁的內(nèi)核態(tài)切換。

此外，P 與 M 的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了線程的復(fù)用。當(dāng)一個(gè) M 因?yàn)閳?zhí)行的 G 進(jìn)行了阻塞性的系統(tǒng)調(diào)用（syscall）而被阻塞時(shí)，它所關(guān)聯(lián)的 P 可以被釋放，并被另一個(gè)空閑的 M 或者一個(gè)新創(chuàng)建的 M 獲取，從而繼續(xù)執(zhí)行 P 本地隊(duì)列中的其他 G。這樣就避免了因?yàn)樯贁?shù)阻塞操作導(dǎo)致大量線程閑置，同時(shí)也減少了線程頻繁創(chuàng)建和銷毀的開銷，相當(dāng)于 Go runtime 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高效的線程池。這一切對(duì)編寫 Go 代碼的用戶來(lái)說(shuō)是透明的。

GPM 是如何調(diào)度的？

要理解 GPM 的調(diào)度機(jī)制，首先需要了解幾個(gè)關(guān)鍵的概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

• 全局運(yùn)行隊(duì)列 (Global Run Queue, GRQ) ：當(dāng) P 的本地運(yùn)行隊(duì)列沒(méi)有空間，或者某些 G（例如從網(wǎng)絡(luò)調(diào)用返回的 G、被搶占的 G）被喚醒或需要重新調(diào)度時(shí)，它們可能會(huì)被放入全局運(yùn)行隊(duì)列。
• P 的本地運(yùn)行隊(duì)列 (Local Run Queue, LRQ) ：每個(gè) P 都有一個(gè)自己的 LRQ，用于存放待在該 P 上執(zhí)行的 G。M 會(huì)優(yōu)先從其關(guān)聯(lián) P 的 LRQ 中獲取 G。LRQ 的存在減少了對(duì) GRQ 的競(jìng)爭(zhēng)，提高了調(diào)度效率。
• g0 ：每個(gè) M 都有一個(gè)特殊的 goroutine，稱為 g0。g0 擁有自己的棧空間（獨(dú)立于用戶 G 的棧，通常較大），主要用于執(zhí)行調(diào)度相關(guān)的代碼、垃圾回收的輔助工作以及其他運(yùn)行時(shí)任務(wù)。當(dāng) M 需要切換到某個(gè)用戶 G 執(zhí)行時(shí)，會(huì)從 g0 棧切換到用戶 G 的棧；反之亦然。
• m.curg ：指向當(dāng)前在 M 上運(yùn)行的用戶 G。
• G 的狀態(tài) ：Goroutine 在其生命周期中會(huì)經(jīng)歷多種狀態(tài)，例如 _Gidle（閑置，剛被分配還未使用）、_Grunnable（可運(yùn)行，在運(yùn)行隊(duì)列中等待調(diào)度）、_Grunning（運(yùn)行中，正在 M 上執(zhí)行）、_Gsyscall（進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，M 已與 P 分離）、_Gwaiting（等待中，如等待 channel 操作、鎖、或定時(shí)器）、_Gdead（已結(jié)束，資源可回收）、_Gcopystack（棧復(fù)制中，通常在棧增長(zhǎng)時(shí)發(fā)生）、_Gpreempted（被搶占，等待重新調(diào)度）。
• P 的狀態(tài) ：P 也有不同的狀態(tài)，如 _Pidle（閑置，沒(méi)有 M 與之關(guān)聯(lián)或沒(méi)有可運(yùn)行的 G）、_Prunning（運(yùn)行中，有 M 與之關(guān)聯(lián)并正在執(zhí)行 G 或調(diào)度代碼）、_Psyscall（其關(guān)聯(lián)的 M 正在進(jìn)行一個(gè)阻塞的系統(tǒng)調(diào)用，P 本身可能被其他 M 使用）、_Pgcstop（因垃圾回收而停止）、_Pdead（不再使用，例如 GOMAXPROCS 被調(diào)小時(shí)）。

調(diào)度決策在很大程度上是每個(gè) M 各自獨(dú)立在其 g0 棧上執(zhí)行的。當(dāng)一個(gè) M 空閑下來(lái)（例如，其當(dāng)前 G 執(zhí)行完畢或被阻塞），它會(huì)運(yùn)行調(diào)度代碼來(lái)尋找下一個(gè)可運(yùn)行的 G。

• 沒(méi)有單一的“總控”M ：Go 的調(diào)度器設(shè)計(jì)上是去中心化的，沒(méi)有一個(gè)特定的 M 作為“總控制器”來(lái)指揮所有其他 M。這種設(shè)計(jì)避免了單點(diǎn)瓶頸，提高了并發(fā)度。
• 協(xié)調(diào)機(jī)制 ：盡管調(diào)度是分布式的，但 M 之間通過(guò)一些共享結(jié)構(gòu)和機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)：

a.全局運(yùn)行隊(duì)列 (GRQ) ：為所有 P 提供了一個(gè)共享的 G 來(lái)源。

b.工作竊取 (Work Stealing) ：空閑的 M 會(huì)嘗試從其他 P 的 LRQ 中“竊取”任務(wù)。

c.sysmon 后臺(tái)監(jiān)控線程 ：這是一個(gè)特殊的 M（不與 P 綁定），它負(fù)責(zé)一些全局性的協(xié)調(diào)任務(wù)，比如垃圾回收的觸發(fā)和輔助、網(wǎng)絡(luò)輪詢器（Netpoller）事件的處理（間接影響調(diào)度，通過(guò)將等待 I/O 的 G 變?yōu)榭蛇\(yùn)行狀態(tài)）、以及檢測(cè)并搶占長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的 G。sysmon 更像是一個(gè)維護(hù)者和協(xié)調(diào)者，而非一個(gè)命令下發(fā)者。

d.P 的管理 ：Go runtime 負(fù)責(zé)管理 P 的池。當(dāng) M 因系統(tǒng)調(diào)用阻塞時(shí)釋放 P，或當(dāng)有空閑 P 和可運(yùn)行 G 時(shí)，runtime 會(huì)嘗試喚醒或創(chuàng)建 M 來(lái)綁定這些 P。

• 這種分布式的調(diào)度配合全局協(xié)調(diào)機(jī)制，使得 Go 的調(diào)度器既高效又具有良好的伸縮性。

接下來(lái)，我們通過(guò)幾個(gè)例子來(lái)具體闡述調(diào)度過(guò)程：

1. 基本調(diào)度流程

假設(shè)我們有一個(gè) P0 和一個(gè) M0，P0 的 LRQ 中有 G1。

• 獲取 G ：M0 啟動(dòng)后，或者當(dāng)它完成了前一個(gè) G 的執(zhí)行后，它會(huì)首先查看其關(guān)聯(lián)的 P0 的 LRQ。此時(shí)，M0 在 g0 棧上執(zhí)行調(diào)度邏輯。
• 執(zhí)行 G ：M0 從 P0 的 LRQ 中取出 G1。G1 的狀態(tài)從 _Grunnable 變?yōu)?nbsp;_Grunning，P0 的狀態(tài)保持或變?yōu)?nbsp;_Prunning。M0 的 m.curg 指向 G1。隨后，M0 從 g0 棧切換到 G1 的棧，開始執(zhí)行 G1 的代碼。
• G 執(zhí)行完畢 ：當(dāng) G1 執(zhí)行完畢（例如函數(shù)返回），它會(huì)切換回 g0 棧。G1 的狀態(tài)變?yōu)?nbsp;_Gdead，其資源會(huì)被回收。M0 (在 g0 棧上) 接著會(huì)再次嘗試從 P0 的 LRQ 尋找下一個(gè)可運(yùn)行的 G。
• LRQ 為空 ：如果 P0 的 LRQ 為空，M0（在 g0 棧上）會(huì)嘗試進(jìn)行 工作竊取 (work-stealing) ，它會(huì)隨機(jī)查看其他 P 的 LRQ，如果發(fā)現(xiàn)有 G，就竊取一半過(guò)來(lái)放到自己的 P0 的 LRQ 中。如果其他 P 的 LRQ 也都為空，M0 會(huì)嘗試從 GRQ 獲取 G。
• GRQ 也為空 ：如果 GRQ 也為空，M0 可能會(huì)將 P0 置為 _Pidle 狀態(tài)，并解除 M0 與 P0 的關(guān)聯(lián)，M0 自身也可能進(jìn)入休眠（park）狀態(tài)，等待新的 G 到來(lái)時(shí)被喚醒。或者，M0 會(huì)去自旋（spinning）一段時(shí)間，期望短期內(nèi)有新的 G 產(chǎn)生。

自旋 (spinning) 是指 M 在一個(gè)緊密的循環(huán)中不斷檢查是否有可運(yùn)行的 G，而不立即放棄 CPU。

• CPU 占用 ：在自旋期間，M 會(huì)持續(xù)消耗 CPU 資源，如果該 CPU 核心上沒(méi)有其他更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，它可能會(huì)達(dá)到 100% 的占用率。
• 為何自旋 ：這是一種以 CPU 時(shí)間換取調(diào)度延遲的策略。如果新的 G 很快就能變?yōu)榭蛇\(yùn)行狀態(tài)（例如，另一個(gè) M 正在處理一個(gè)即將完成的短任務(wù)，或者一個(gè) I/O 事件即將觸發(fā)），那么自旋可以避免 M 進(jìn)入休眠和隨后被喚醒所帶來(lái)的開銷（這通常涉及操作系統(tǒng)層面的上下文切換，成本相對(duì)較高）。
• 自旋的條件與限制 ：Go runtime 中的自旋不是無(wú)限制的。

a.通常，只有當(dāng)系統(tǒng)中存在其他活躍的 P（意味著其他 M 正在工作，有可能產(chǎn)生新的 G）時(shí)，M 才會(huì)進(jìn)入自旋狀態(tài)。如果所有 P 都已空閑，則 M 傾向于直接休眠。

b.同時(shí)，runtime 會(huì)限制并發(fā)自旋的 M 的數(shù)量，以避免過(guò)多的 M 同時(shí)無(wú)效自旋。

c.自旋的持續(xù)時(shí)間或迭代次數(shù)是有限的。如果經(jīng)過(guò)短暫的自旋后仍未找到 G，M 將停止自旋，釋放其 P（如果 P 上確實(shí)沒(méi)有 G），并進(jìn)入休眠（park）狀態(tài)，將 CPU 讓給其他進(jìn)程或線程。

自旋是一種短期內(nèi)積極尋找任務(wù)的優(yōu)化手段，適用于預(yù)期任務(wù)會(huì)很快出現(xiàn)的場(chǎng)景，以減少調(diào)度開銷，但它確實(shí)會(huì)短暫地增加 CPU 使用率。

在這個(gè)過(guò)程中，P 的狀態(tài)也會(huì)相應(yīng)變化。例如，當(dāng)一個(gè) M 成功與一個(gè) P 綁定并開始查找或執(zhí)行 G 時(shí)，P 的狀態(tài)會(huì)是 _Prunning。如果 P 的 LRQ 和 GRQ 都長(zhǎng)時(shí)間為空，并且沒(méi)有 M 依附于它，它可能進(jìn)入 _Pidle 狀態(tài)。

G 的棧數(shù)據(jù)切換發(fā)生在 M 從 g0 棧切換到用戶 G 的棧，以及從用戶 G 的棧切回 g0 棧時(shí)。這個(gè)切換操作會(huì)保存和恢復(fù)各自的棧指針和寄存器等上下文信息。

2. 棧的伸縮與 P 的競(jìng)爭(zhēng)

• 棧的動(dòng)態(tài)伸縮 ：Goroutine 的棧在創(chuàng)建時(shí)通常較小（例如 2KB）。當(dāng) G 執(zhí)行的函數(shù)調(diào)用深度增加，需要的棧空間超過(guò)當(dāng)前大小時(shí)，Go runtime 會(huì)觸發(fā)一個(gè)稱為 morestack 的機(jī)制。該機(jī)制會(huì)分配一個(gè)新的、更大的棧段，并將舊棧的內(nèi)容拷貝到新棧段，然后 G 繼續(xù)在新棧上執(zhí)行。這個(gè)過(guò)程對(duì)用戶是透明的。當(dāng)函數(shù)返回，棧使用量減少時(shí)，雖然不會(huì)立即縮小，但在垃圾回收期間，如果發(fā)現(xiàn)棧使用率過(guò)低，可能會(huì)進(jìn)行棧的收縮（shrinkstack）。
• P 的競(jìng)爭(zhēng) ：在 Go 程序啟動(dòng)時(shí)，會(huì)根據(jù) GOMAXPROCS 創(chuàng)建相應(yīng)數(shù)量的 P。如果 M 的數(shù)量少于 P 的數(shù)量（例如，某些 M 因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用阻塞了），或者有空閑的 P 和待運(yùn)行的 G，運(yùn)行時(shí)可能會(huì)喚醒或創(chuàng)建新的 M 來(lái)綁定這些 P。一個(gè) M 必須獲取到一個(gè) P 才能運(yùn)行 Go 代碼。如果所有 P 都在 _Prunning 狀態(tài)（即都有 M 在其上運(yùn)行 G），那么新創(chuàng)建的 G 只能進(jìn)入 LRQ 或 GRQ 等待。當(dāng)一個(gè) M 從阻塞的系統(tǒng)調(diào)用返回，或者一個(gè) G 執(zhí)行完畢，它會(huì)嘗試獲取一個(gè) P 來(lái)繼續(xù)執(zhí)行。

3. I/O 操作與網(wǎng)絡(luò)調(diào)度

當(dāng)一個(gè) G (假設(shè)為 Gx，在 M1/P1 上運(yùn)行) 發(fā)起一個(gè)阻塞性的 I/O 操作，比如網(wǎng)絡(luò)讀寫時(shí)，情況會(huì)變得特殊：

• 進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用 ：Gx 在 M1 上調(diào)用了一個(gè)阻塞的 read。Go runtime 的 syscall 包中的函數(shù)通常會(huì)進(jìn)行特殊處理。M1 會(huì)即將進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
• 釋放 P ：為了不讓 P1 上的其他 G 被餓死，M1 會(huì)釋放 P1。P1 此時(shí) 通常會(huì)連同其 LRQ 中的 G 一起 ，被移交給一個(gè)其他可用的、處于空閑狀態(tài)的 M (例如 M2，可以是已存在的空閑 M，或者是 runtime 根據(jù)需要新創(chuàng)建的 M 來(lái)接管這個(gè) P)。M1 則帶著 Gx 進(jìn)入阻塞的系統(tǒng)調(diào)用。Gx 的狀態(tài)變?yōu)?nbsp;_Gsyscall。

這里需要考慮到調(diào)度器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性和一些邊緣情況。核心原則是： LRQ 始終與 P 綁定 。當(dāng) M1 因 Gx 的系統(tǒng)調(diào)用而將要阻塞時(shí)，它會(huì)釋放 P1。

• 主要情況 ：調(diào)度器會(huì)立即嘗試尋找一個(gè)空閑的 M (M2) 來(lái)接管 P1。如果找到，M2 就綁定 P1，并開始執(zhí)行 P1 的 LRQ 中的 G。這時(shí)，P1 及其 LRQ 完整地從 M1 轉(zhuǎn)移到了 M2。
• 沒(méi)有立即可用的 M：如果暫時(shí)沒(méi)有空閑的 M 可以立即接管 P1，P1 會(huì)被放入一個(gè)空閑 P 隊(duì)列 (pidle 列表)。其 LRQ 中的 G 仍然與 P1 綁定并處于 _Grunnable 狀態(tài)。一旦有 M 可用（例如 M1 從系統(tǒng)調(diào)用返回后變?yōu)榭臻e，或者 sysmon 檢測(cè)到需要更多 M 并創(chuàng)建/喚醒了一個(gè)），這個(gè) M 就會(huì)從 pidle 列表中獲取 P1，并開始執(zhí)行其 LRQ 中的 G。
• 因此，P1 的 LRQ 中的 G 總是和 P1 在一起 。關(guān)鍵在于 P1 由哪個(gè) M 來(lái)服務(wù)。如果 M1 阻塞了，它就不能服務(wù) P1，所以 P1 必須尋找新的 M，或者等待 M 變?yōu)榭捎谩?/span>
• 網(wǎng)絡(luò)輪詢器 (Netpoller) ：Go runtime 內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)輪詢器（在 Linux 上通常基于 epoll，在 macOS 上基于 kqueue，在 Windows 上基于 iocp）。當(dāng) Gx 發(fā)起網(wǎng)絡(luò) I/O 時(shí)，其對(duì)應(yīng)的文件描述符會(huì)被注冊(cè)到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)輪詢器中。M1 線程本身會(huì)阻塞在系統(tǒng)調(diào)用上（或者對(duì)于非阻塞 I/O，G 會(huì)等待 netpoller 的通知），但它不再持有 P。
• I/O 就緒與喚醒 ：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輪詢器檢測(cè)到 Gx 等待的文件描述符上的 I/O 操作就緒（例如數(shù)據(jù)可讀），它會(huì)通知調(diào)度器。Gx 會(huì)被標(biāo)記為 _Grunnable，并被放回到某個(gè) P 的 LRQ (可能是原來(lái)的 P1，如果它恰好空閑) 或者 GRQ 中。

Go 的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)操作在底層通常被封裝為非阻塞模式，并與 netpoller 集成。

• 注冊(cè)與等待 ：當(dāng) Gx 調(diào)用如 net.Conn.Read() 時(shí)，如果數(shù)據(jù)尚未到達(dá)，runtime 不會(huì)真的讓 M1 線程阻塞在內(nèi)核的 read() 調(diào)用上。相反，它會(huì)將 Gx 的狀態(tài)置為 _Gwaiting，并將與該連接對(duì)應(yīng)的文件描述符 (FD) 注冊(cè)到 netpoller 中，請(qǐng)求 netpoller 在該 FD 可讀時(shí)通知。然后，M1 釋放 P1（或 P1 被其他 M 接管），M1 可以去執(zhí)行其他 G 或者休眠。
• Netpoller 的監(jiān)控 ：Netpoller (通常是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)線程或由 sysmon 驅(qū)動(dòng)) 使用操作系統(tǒng)提供的事件通知機(jī)制 (如 epoll_wait，kevent 等) 來(lái)同時(shí)監(jiān)控大量已注冊(cè)的 FD。這些機(jī)制允許一個(gè)線程高效地等待多個(gè) FD 上的事件，而無(wú)需為每個(gè) FD 單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)線程。
• 事件通知 ：當(dāng)操作系統(tǒng)內(nèi)核檢測(cè)到某個(gè) FD 上的數(shù)據(jù)已到達(dá)（對(duì)于 read 操作）或可以發(fā)送數(shù)據(jù)（對(duì)于 write 操作）時(shí)，它會(huì)通知 netpoller。
• G 的喚醒 ：Netpoller 收到內(nèi)核通知后，會(huì)識(shí)別出是哪個(gè) G 在等待這個(gè) FD 上的事件。它會(huì)將該 G 從 _Gwaiting 狀態(tài)轉(zhuǎn)換回 _Grunnable 狀態(tài)，并將其放入一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列 (通常是 GRQ，有時(shí)也可能是某個(gè) P 的 LRQ，例如上次運(yùn)行該 G 的 P，以期利用緩存局部性)。
• 調(diào)度執(zhí)行實(shí)際讀操作 ：一旦 Gx 變?yōu)?nbsp;_Grunnable，它就和其他等待調(diào)度的 G 一樣。當(dāng)某個(gè) M/P 組合選中它執(zhí)行時(shí)，它會(huì)從之前中斷的地方恢復(fù)。此時(shí)，由于 netpoller 已經(jīng)確認(rèn)數(shù)據(jù)就緒，G 可以執(zhí)行實(shí)際的、現(xiàn)在不會(huì)阻塞的 read() 操作來(lái)獲取數(shù)據(jù)。
• 重新調(diào)度執(zhí)行 ：一旦 Gx 變?yōu)?nbsp;_Grunnable，它就和其他可運(yùn)行的 G 一樣，等待某個(gè) M/P 組合來(lái)執(zhí)行它。當(dāng)輪到它時(shí)，它會(huì)從上次阻塞的地方繼續(xù)執(zhí)行。

這種機(jī)制確保了少數(shù) G 的阻塞性 I/O 不會(huì)阻塞整個(gè)程序的并發(fā)執(zhí)行。M 的數(shù)量可能會(huì)根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整（在一定范圍內(nèi)），以適應(yīng)負(fù)載情況。

創(chuàng)建一個(gè) go func(){}() 發(fā)生了什么？

當(dāng)你執(zhí)行一行代碼 go func(){ ... }() 時(shí)，Go runtime 會(huì)執(zhí)行以下步驟：

• 創(chuàng)建 G 對(duì)象 ：首先，runtime 會(huì)在堆上分配并初始化一個(gè)新的 G 對(duì)象。這個(gè)對(duì)象包含了新 goroutine 的棧信息（初始分配一個(gè)小棧）、程序計(jì)數(shù)器（指向匿名函數(shù)的起始位置）以及其他狀態(tài)信息。

a.設(shè)置初始狀態(tài) ：新創(chuàng)建的 G 的初始狀態(tài)被設(shè)置為 _Grunnable，表示它已經(jīng)準(zhǔn)備好運(yùn)行，只等待調(diào)度器的調(diào)度。

b.放入隊(duì)列 ：這個(gè)新的 _Grunnable 的 G 通常會(huì)被嘗試放入當(dāng)前 M 所關(guān)聯(lián)的 P 的 LRQ。

• 如果該 P 的 LRQ 已滿，runtime 會(huì)嘗試將 P 的 LRQ 中的一部分 G（包括這個(gè)新的 G）均衡到 GRQ 中。
• 在某些情況下，如果創(chuàng)建 G 的 P 處于特殊狀態(tài)，或者為了更好的負(fù)載均衡，新的 G 也可能直接被放入 GRQ。
• 創(chuàng)建 G 的函數(shù)返回 ：go 語(yǔ)句本身是一個(gè)非阻塞調(diào)用。執(zhí)行 go 語(yǔ)句的 goroutine 會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其后續(xù)代碼，而不會(huì)等待新創(chuàng)建的 goroutine 開始或完成執(zhí)行。
• 調(diào)度與執(zhí)行 ：新創(chuàng)建的 G 現(xiàn)在位于某個(gè)運(yùn)行隊(duì)列中。當(dāng)某個(gè) M（可能就是當(dāng)前的 M，也可能是其他 M）在未來(lái)的某個(gè)調(diào)度點(diǎn)（例如，當(dāng)前 G 執(zhí)行完畢、發(fā)生搶占、或 M 從系統(tǒng)調(diào)用返回時(shí)）查找可運(yùn)行的 G 時(shí)，它就有機(jī)會(huì)從 LRQ 或 GRQ 中獲取這個(gè)新的 G。獲取到 G 后，M 會(huì)設(shè)置好運(yùn)行環(huán)境（切換到該 G 的棧，設(shè)置 G 的狀態(tài)為 _Grunning 等），然后開始執(zhí)行該匿名函數(shù)內(nèi)的代碼。

整個(gè)過(guò)程與上面描述的 GPM 調(diào)度機(jī)制緊密相連，新的 G 只是作為調(diào)度器可調(diào)度的一個(gè)單元被高效地管理起來(lái)。

調(diào)度策略與搶占機(jī)制

Go 的調(diào)度器采用了一些關(guān)鍵策略來(lái)保證公平性和效率：

• 工作竊取 (Work Stealing) ：如前所述，當(dāng)一個(gè) P 的 LRQ 為空時(shí)，其關(guān)聯(lián)的 M 會(huì)嘗試從其他 P 的 LRQ 中“竊取”一半的 G 到自己的 LRQ，或者從 GRQ 中獲取 G。這有助于在 P 之間均勻分配工作負(fù)載，防止某些 P 空閑而另一些 P 過(guò)載。
• 搶占 (Preemption) ：在 Go 的早期版本中（1.14 之前），搶占主要是協(xié)作式的。也就是說(shuō)，一個(gè) goroutine 主動(dòng)放棄 CPU 的執(zhí)行權(quán)通常發(fā)生在函數(shù)調(diào)用時(shí)（編譯器會(huì)在函數(shù)入口處插入檢查點(diǎn)，判斷是否需要進(jìn)行棧增長(zhǎng)以及是否需要被搶占）、channel 操作、select 語(yǔ)句、以及一些同步原語(yǔ)的調(diào)用點(diǎn)。這意味著如果一個(gè) goroutine 執(zhí)行一個(gè)沒(méi)有任何函數(shù)調(diào)用的密集計(jì)算循環(huán) (for {})，它可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占據(jù) M，導(dǎo)致同一個(gè) P 上的其他 goroutine 餓死。

從 Go 1.14 版本開始，引入了 基于信號(hào)的異步搶占機(jī)制 (asynchronous preemption) ，以解決上述問(wèn)題：

• sysmon 后臺(tái)監(jiān)控線程 ：Go runtime 有一個(gè)名為 sysmon 的特殊 M（不關(guān)聯(lián) P），它會(huì)定期進(jìn)行一些維護(hù)工作，其中就包括檢查是否有 G 運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（例如，超過(guò)一個(gè)固定的時(shí)間片，通常是 10ms）。
• 發(fā)送信號(hào) ：如果 sysmon 發(fā)現(xiàn)某個(gè) G 在一個(gè) M 上運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，它會(huì)向該 M 發(fā)送一個(gè)搶占信號(hào)（例如，在 Unix 系統(tǒng)上是 SIGURG）。
• 信號(hào)處理 ：M 接收到信號(hào)后，會(huì)中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的 G。G 的上下文（主要是寄存器）會(huì)被保存，其狀態(tài)會(huì)被標(biāo)記為 _Gpreempted 或類似狀態(tài)，然后被放回到運(yùn)行隊(duì)列（通常是 GRQ，以給其他 P 機(jī)會(huì)執(zhí)行它，避免立即在同一個(gè) P 上再次調(diào)度）。
• 重新調(diào)度 ：M 隨后會(huì)進(jìn)入調(diào)度循環(huán)（在其 g0 棧上），選擇下一個(gè)可運(yùn)行的 G 來(lái)執(zhí)行。

這種異步搶占機(jī)制確保了即使是那些沒(méi)有主動(dòng)讓出 CPU 的計(jì)算密集型 goroutine 也能夠被公平地調(diào)度，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)性和并發(fā)任務(wù)的并行度。它使得調(diào)度器更加健壯，不易受到不良編寫的 goroutine 的影響。

func main 也是一個(gè) goroutine

當(dāng)一個(gè) Go 程序啟動(dòng)時(shí)，main 包下的 main 函數(shù)并不是直接在某個(gè)原始線程上執(zhí)行，而是由 Go runtime 創(chuàng)建的第一個(gè)用戶級(jí) goroutine，通常被稱為 main goroutine 。

• 初始化過(guò)程 ：Go 程序的入口點(diǎn)實(shí)際上是 runtime 的一段引導(dǎo)代碼。這段代碼會(huì)負(fù)責(zé)初始化調(diào)度器、垃圾回收器、創(chuàng)建必要的 M 和 P，然后創(chuàng)建一個(gè) G 來(lái)執(zhí)行用戶編寫的 main.main() 函數(shù)。
• 與其他 goroutine 平等 ：這個(gè) main goroutine 在行為上與用戶通過(guò) go 關(guān)鍵字創(chuàng)建的其他 goroutine 是平等的。它也擁有自己的棧，受 GPM 調(diào)度器的管理，可以被搶占，也可以創(chuàng)建新的 goroutine。
• 程序生命周期 ：main goroutine 的結(jié)束標(biāo)志著整個(gè)程序的結(jié)束。當(dāng) main 函數(shù)返回時(shí)，Go runtime 會(huì)開始關(guān)閉程序。此時(shí)，所有其他仍在運(yùn)行的 goroutine 都會(huì)被強(qiáng)制終止，除非程序使用了像 sync.WaitGroup 這樣的機(jī)制來(lái)顯式等待其他 goroutine 完成。
• 退出碼 ：main 函數(shù)沒(méi)有返回值。程序如果正常退出，通常退出碼為 0。如果發(fā)生 panic 且未被 recover，或者調(diào)用了 os.Exit(code)，則會(huì)以相應(yīng)的狀態(tài)退出。

理解 main 函數(shù)本身也是一個(gè) goroutine 有助于更好地認(rèn)識(shí) Go 的并發(fā)模型的一致性：所有用戶代碼都運(yùn)行在 goroutine 之上，由統(tǒng)一的 GPM 模型進(jìn)行調(diào)度和管理。這體現(xiàn)了 Go 在語(yǔ)言層面和運(yùn)行時(shí)層面將并發(fā)作為一等公民的設(shè)計(jì)哲學(xué)。