Golang CSP並發機制及使用模型

Posted on by

今天介紹一下 go語言的並發機制以及它所使用的CSP並發模型

CSP並發模型

CSP模型是上個世紀七十年代提出的，用於描述兩個獨立的並發實體通過共享的通訊 channel(管道)進行通信的並發模型。 CSP中channel是第一類對象，它不關註發送消息的實體，而關註與發送消息時使用的channel。

Golang CSP

Golang 就是借用CSP模型的一些概念為之實現並發進行理論支持，其實從實際上出發，go語言並沒有，完全實現瞭CSP模型的所有理論，僅僅是借用瞭 process和channel這兩個概念。process是在go語言上的表現就是 goroutine 是實際並發執行的實體，每個實體之間是通過channel通訊來實現數據共享。

Channel

Golang中使用 CSP中 channel 這個概念。channel 是被單獨創建並且可以在進程之間傳遞，它的通信模式類似於 boss-worker 模式的，一個實體通過將消息發送到channel 中，然後又監聽這個 channel 的實體處理，兩個實體之間是匿名的，這個就實現實體中間的解耦，其中 channel 是同步的一個消息被發送到 channel 中，最終是一定要被另外的實體消費掉的，在實現原理上其實是一個阻塞的消息隊列。

Goroutine

Goroutine 是實際並發執行的實體，它底層是使用協程(coroutine)實現並發，coroutine是一種運行在用戶態的用戶線程，類似於 greenthread，go底層選擇使用coroutine的出發點是因為，它具有以下特點：

  • 用戶空間 避免瞭內核態和用戶態的切換導致的成本
  • 可以由語言和框架層進行調度
  • 更小的棧空間允許創建大量的實例

可以看到第二條 用戶空間線程的調度不是由操作系統來完成的，像在java 1.3中使用的greenthread的是由JVM統一調度的(後java已經改為內核線程)，還有在ruby中的fiber(半協程) 是需要在重新中自己進行調度的，而goroutine是在golang層面提供瞭調度器，並且對網絡IO庫進行瞭封裝，屏蔽瞭復雜的細節，對外提供統一的語法關鍵字支持，簡化瞭並發程序編寫的成本。

Goroutine 調度器

上節已經說瞭，golang使用goroutine做為最小的執行單位，但是這個執行單位還是在用戶空間，實際上最後被處理器執行的還是內核中的線程，用戶線程和內核線程的調度方法有：

N:1 多個用戶線程對應一個內核線程

1:1 一個用戶線程對應一個內核線程

M:N 用戶線程和內核線程是多對多的對應關系

golang 通過為goroutine提供語言層面的調度器，來實現瞭高效率的M:N線程對應關系

調度示意

圖中

  • M：是內核線程
  • P : 是調度協調，用於協調M和G的執行，內核線程隻有拿到瞭 P才能對goroutine繼續調度執行，一般都是通過限定P的個數來控制golang的並發度
  • G : 是待執行的goroutine，包含這個goroutine的棧空間
  • Gn : 灰色背景的Gn 是已經掛起的goroutine，它們被添加到瞭執行隊列中，然後需要等待網絡IO的goroutine，當P通過 epoll查詢到特定的fd的時候，會重新調度起對應的，正在掛起的goroutine。

Golang為瞭調度的公平性，在調度器加入瞭steal working 算法 ，在一個P自己的執行隊列，處理完之後，它會先到全局的執行隊列中偷G進行處理，如果沒有的話，再會到其他P的執行隊列中搶G來進行處理。

總結

Golang實現瞭 CSP 並發模型做為並發基礎，底層使用goroutine做為並發實體，goroutine非常輕量級可以創建幾十萬個實體。實體間通過 channel 繼續匿名消息傳遞使之解耦，在語言層面實現瞭自動調度，這樣屏蔽瞭很多內部細節，對外提供簡單的語法關鍵字，大大簡化瞭並發編程的思維轉換和管理線程的復雜性。

以上就是Golang CSP並發機制及使用模型的詳細內容，更多關於Golang CSP並發模型的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

推薦閱讀：