Go並發的方法之goroutine模型與調度策略
學習劉丹冰《8小時轉職golang工程師》，本節都是原理
單進程操作系統
早期的單進程操作系統，可以理解為隻有一個時間軸，CPU順序執行每一個進程/線程，這種順序執行的方式，CPU同一時間智能處理一個指令，一個任務一個任務去處理
這樣就會導致進程阻塞的話，CPU就會卡在當前進程，一直在等待，CPU就會浪費
多線程/多進程操作系統
CPU利用輪詢機制，調度各個進程，每個進程都分配固定的時間片，這個時間片很小，先執行進程A，如果A結束瞭，那沒問題切換到下一進程B，但如果時間片內A沒結束，CPU不管A沒結束，會強制切換到下一進程B，以此類推，CPU就避免瞭阻塞在某一進程
但這樣的問題是，在頻繁切換進程的過程中，進程的切換就必然會導致切換成本，例如保存當前線程狀態，系統調用，環境的上下文切換，各種拷貝復制就會導致時間浪費，大部分時間都用在切換瞭，進程數量越多，切換的浪費就越大
因此軟件的目標就是提高CPU利用率
另一方面，進程的內存占用也是很大的問題
1:N模型
程序員的任務就是在用戶態調接口，開發業務，內核態負責調硬件，調系統資源，用戶線程和內核線程一一綁定，CPU隻需要管內核線程，這樣的內核線程稱為thread，用戶線程稱為co-routine，thread通過管理協程調度器，管理多個協程，這樣CPU還是隻管理一個線程
這樣就在用戶態實現瞭並發，CPU也不用切換瞭，隻用在協程切換時消耗很少的資源，解決瞭CPU高消耗調度的問題
這樣的弊端是有一個協程阻塞瞭，下一個協程就不能執行瞭
M:N模型
M個線程通過協程調度器，管理多個協程，CPU的調度優化我們沒法做，這個協程調度器就非常重要瞭
goroutine
在go中，協程co-routine被改為goroutine，一個goroutine隻占幾kb，因此可以有大量的goroutine存在，另一方面goroutine 的調度器非常靈活
goroutine早期調度器
早期的goroutine調度器有一個全局的goroutine隊列，這個隊列有一個鎖，每個線程要創建、銷毀、運行一個goroutine都要先獲取一個鎖，然後執行goroutine，執行完畢後再把鎖還回去
這樣的問題是激烈的鎖競爭
另一方面，當一個線程執行一個goroutine時，這個goroutine新創建瞭一個goroutine，為瞭保證並發，這個新goroutine肯定得執行，這個新創建的就被放在下一個線程去執行，這實際上不滿足程序的局部性原理
另外系統在頻繁調用不同的線程還是會造成系統開銷
GMP
在操作系統中，有一個操作系統調度器，用來調度CPU，來處理不同的內核線程，在這之上每個線程有一個處理器，這個處理器裡有goroutine的各種資源，堆、棧、數據等，這樣的處理器稱為P，每個P管理一個自己的本地隊列，這個隊列裡存放著這個P要處理的goroutine，goroutine要被處理時，線程獲取一個P，P調度出一個goroutine交給線程，線程對goroutine進行處理，除瞭P的本地隊列外，還有一個全局隊列，裡面也存放著要運行的goroutine
調度器設計策略
復用線程
work stealing
當一個線程正在執行一個goroutine時，並且它的P本地隊列裡還有待執行的goroutine，別的P空閑的話就會幫它的線程偷取一個goroutine
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
hand off
如果說一個P正執行的goroutine突然阻塞瞭，比如在等待輸入之類的，那麼這時候這個P的線程，也就是這個CPU實際上沒有被利用，這時候就會創建/喚醒一個新的線程，這時候讓阻塞的goroutine繼續阻塞，當前CPU變為睡眠狀態，但把物理CPU切換走到不阻塞的線程上，其餘的P和P的本地隊列直接被轉移到新的線程上控制，如果之前的阻塞routine又不阻塞瞭，那把這個goroutine又加入到別的隊列後
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
並行
P的數量可以宏定義，例如為CPU核心數/2
搶占
在1:1模型中，一個協程和一個線程綁定，當有別的協程需要運行時，當前的協程除非釋放出這個線程資源，否則新來的就隻能等著
而goroutine的機制是，每個goroutine隻有10ms，時間用完後新的goroutine一定會搶占這個CPU，沒有誰優先，大傢都很平均
全局隊列
一個線程如果沒有要執行的goroutine，根據work stealing，去別的本地隊列偷，如果別的隊列也沒得偷，就去全局隊列裡拿，全局隊列裡別的goroutine前移
到此這篇關於Go並發的方法之goroutine模型與調度策略的文章就介紹到這瞭,更多相關Go goroutine模型與調度策略內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！
推薦閱讀：
- Go語言CSP並發模型實現MPG
- Golang優雅保持main函數不退出的辦法
- 分析Go語言中CSP並發模型與Goroutine的基本使用
- Golang CSP並發機制及使用模型
- 一文詳解Golang協程調度器scheduler