goroutine簡介

golang語言作者Rob Pike說，“Goroutine是一個與其他goroutines 并發(fā)運行在同一地址空間的Go函數(shù)或方法。一個運行的程序由一個或更多個goroutine組成。它與線程、協(xié)程、進(jìn)程等不同。它是一個goroutine“。

• goroutine通過通道來通信，而協(xié)程通過讓出和恢復(fù)操作來通信；
• goroutine 通過Golang 的調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度，而協(xié)程通過程序本身調(diào)度；

簡單的說就是Golang自己實現(xiàn)了協(xié)程并叫做goruntine（本文稱Go協(xié)程），且比協(xié)程更強大。

goroutine調(diào)度原理

上面說到Go協(xié)程是通過Golang的調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度的，其中調(diào)度器的線程模型為兩級線程模型。

有關(guān)兩級線程模型的介紹，可以看這篇文章

我們來看下Golang實現(xiàn)的兩級線程模型是怎樣的。首先要知道這三個字母代表的含義

• M：代表內(nèi)核級的線程
• P：全程Processor，代表運行Go協(xié)程所需要的資源（上下文環(huán)境）
• G：代表Go協(xié)程
  
  我們先看下為實現(xiàn)調(diào)度Golang定義了這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存M，P，G

名稱作用范圍描述

全局M列表	Go的運行時	存放所有M的單向鏈表
全局P列表	Go的運行時	存放所有P的數(shù)組
全局G列表	Go的運行時	存放所有G的切片
調(diào)度器的空閑M列表	調(diào)度器	存放空閑M的單向鏈表
調(diào)度器的空閑P列表	調(diào)度器	存放空閑P的單向鏈表
調(diào)度器的自由G列表	調(diào)度器	存放自由G的單向鏈表（有兩個）
調(diào)度器的可運行G隊列	調(diào)度器	存放可運行G的隊列
P的自由G列表	本地P	存放當(dāng)前P中自由G的單向鏈表
P的可運行G隊列	本地P	存放當(dāng)前P中可運行G的隊列

然后從上往下解析Go的兩級線程模型圖

（1）M和內(nèi)核線程之間是一對一的關(guān)系，一個M在其生命周期中，只會和一個內(nèi)核線程關(guān)聯(lián)，所以不會出現(xiàn)對內(nèi)核線程的頻繁切換；

Golang的運行時執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控和垃圾回收等任務(wù)時候會導(dǎo)致創(chuàng)建M，M空閑時不會被銷毀，而是放到一個調(diào)度器的空閑M列表中，等待與P關(guān)聯(lián)，M默認(rèn)數(shù)量為10000

（2）P和M之間是多對多的關(guān)系，P和G之間是一對多的關(guān)系，他們的關(guān)聯(lián)是易變的，由Golang的調(diào)度器完成調(diào)度；

Golang的運行時按規(guī)則調(diào)度，讓P和不同的M建立或斷開關(guān)聯(lián)，使得P中的G能夠及時獲得運行時機(jī)

（3）P的數(shù)量默認(rèn)為CPU總核心數(shù)，最大為256，當(dāng)P沒有可運行的G時候（P的可運行G隊列為空），P會被放到調(diào)度器的空閑P列表中，等待M與它關(guān)聯(lián)；

P有可能會被銷毀，如運行時用runtime.GOMAXPROCS把P的數(shù)量從32降到16時，剩余16個會被銷毀，它們原來的G會先轉(zhuǎn)到調(diào)度器可運行的G隊列和自由G列表

（4）每個P中有可運行的G隊列（如圖中最下面的那行G）和自由G列表（圖中未畫出來），當(dāng)G的代碼執(zhí)行完后，該G不會被銷毀，而是被放到P的自由G列表或調(diào)度器的自由G列表。如果程序新建了Go協(xié)程，調(diào)度器會在自由G列表中取一個G，然后把Go協(xié)程的函數(shù)賦值到G中（如果自由G列表為空，就創(chuàng)建一個G）；

可見Golang調(diào)度器在調(diào)度時很大程度復(fù)用了M，P，G

（5）在Go程序初始化后，調(diào)度器首先進(jìn)行一輪調(diào)度，此時用M去搜索可運行的G。其中我們的main函數(shù)也是一個G，找到可運行的G后就執(zhí)行它；

至于怎么找可運行的G呢？答案是到處找，想盡辦法找（這里只列出一部分地方）。

• 從本地P的可運行的G隊列找
• 從調(diào)度器的可運行的G隊列找
• 從其他P的可運行的G隊列找

（6）P的可運行G隊列最大只能存放長度為256的G，當(dāng)隊列滿后，調(diào)度器會把一半的G轉(zhuǎn)到調(diào)度器的可運行G隊列。

系統(tǒng)監(jiān)控

上面大概描述了關(guān)于goroutine調(diào)度的流程。現(xiàn)在還存在一個問題，那就是當(dāng)Go協(xié)程很多（并發(fā)量大）時候，顯然G是不能一直執(zhí)行下去的，因為也需要把執(zhí)行機(jī)會留給其他的G。此時Golang運行時的系統(tǒng)監(jiān)控就起作用了。
一般情況，當(dāng)G運行時間超過10ms后，該G就會被系統(tǒng)告知需要停止了，讓其他G運行。（這里情況比較復(fù)雜，并不能確保每個G都能被公平執(zhí)行）

以下特殊情況該G不需要停止

• P的可運行G隊列為空（沒有其他G可運行）
• 有空閑的M在尋找可運行的G（沒有其他G可運行）
• 空閑的P（還有P閑著）

總結(jié)

Golang以兩級線程實現(xiàn)模型，自己實現(xiàn)goruntine和調(diào)度器，優(yōu)勢在于并行和非常低的資源使用。

主要體現(xiàn)：

• 內(nèi)存消耗方面（每個Go協(xié)程占的內(nèi)存遠(yuǎn)小于線程占的內(nèi)存）
• 切換(調(diào)度)開銷方面
• 線程切換涉及模式切換(從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài))

此外，Go協(xié)程執(zhí)行任務(wù)完成的順序并不都是按我們預(yù)期的那樣（程序不加以控制的情況下），特別在一些耗時較長的任務(wù)中。且每個Go協(xié)程執(zhí)行的時間也不是絕對公平的。

如有錯誤地方，還請狂噴！

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的弄懂goroutine调度原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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