GM 到 GMP，Golang 經歷了什麼？

超超和麪試官聊完了進程到協程發展史之後，面試官似乎想在 GMP 模型上對超超 “痛下殺手”，下面來看超超能不能接住面試官的大殺器吧！

GM 模型

面試官：你知道 GMP 之前用的是 GM 模型嗎？

超超：這個我知道，在 12 年的 go1.1 版本之前用的都是 GM 模型，但是由於 GM 模型性能不好，飽受用戶詬病。之後官方對調度器進行了改進，變成了我們現在用的 GMP 模型。

面試官：那你能給我說說什麼是 GM 模型？爲什麼效率不好呢？

考點：GM 模型

超超：GM 模型中的 G 全稱爲 Goroutine 協程，M 全稱爲 Machine 內核級線程，調度過程如下

M(內核線程) 從加鎖的 Goroutine 隊列中獲取 G(協程) 執行，如果 G 在運行過程中創建了新的 G，那麼新的 G 也會被放入全局隊列中。

很顯然這樣做有倆個缺點，一是調度，返回 G 都需要獲取隊列鎖，形成了激烈的競爭。二是 M 轉移 G 沒有把資源最大化利用。比如當 M1 在執行 G1 時，M1 創建了 G2，爲了繼續執行 G1，需要把 G2 交給 M2 執行，因爲 G1 和 G2 是相關的，而寄存器中會保存 G1 的信息，因此 G2 最好放在 M1 上執行，而不是其他的 M。

GMP

面試官：那你能給我說說 GMP 模型是怎麼設計的嗎？

考點：GMP 設計

超超：G 全稱爲 Goroutine 協程，M 全稱爲 Machine 內核級線程，P 全稱爲 Processor 協程運行所需的資源，他在 GM 的基礎上增加了一個 P 層，下面我們來看一下他是如何設計的。

全局隊列：當 P 中的本地隊列中有協程 G 溢出時，會被放到全局隊列中。

P 的本地隊列：P 內置的 G 隊列，存的數量有限，不超過 256 個。這裏有倆種特殊情況。一是當隊列 P1 中的 G1 在運行過程中新建 G2 時，G2 優先存放到 P1 的本地隊列中，如果隊列滿了，則會把 P1 隊列中一半的 G 移動到全局隊列。二是如果 P 的本地隊列爲空，那麼他會先到全局隊列中獲取 G，如果全局隊列中也沒有 G，則會嘗試從其他線程綁定的 P 中偷取一半的 G。

面試官：P 和 M 數量是可以無限擴增的嗎？

考點：GMP 細節

超超：是不能無限擴增的，無限擴增系統也承受不了呀，哈哈

P 的數量：由啓動時環境變量$GOMAXPROCS或者是由runtime的方法GOMAXPROCS()決定。

M 的數量：go 程序啓動時，會設置 M 的最大數量，默認 10000。但是內核很難創建出如此多的線程，因此默認情況下 M 的最大數量取決於內核。也可以調用 runtime/debug 中的 SetMaxThreads 函數，手動設置 M 的最大數量。

面試官：那 P 和 M 都是在程序運行時就被創建好了嗎？

考點：繼續深挖 GMP 細節

超超：P 和 M 創建的時機是不同的

P 何時創建：在確定了 P 的最大數量 n 後，運行時系統會根據這個數量創建 n 個 P。

M 何時創建：內核級線程的初始化是由內核管理的，當沒有足夠的 M 來關聯 P 並運行其中的可運行的 G 時會請求創建新的 M。比如 M 在運行 G1 時被阻塞住了，此時需要新的 M 去綁定 P，如果沒有在休眠的 M 則需要新建 M。

面試官：你能給我說說當 M0 將 G1 執行結束後會怎樣做嗎？

考點：G 在 GMP 模型中流動過程

超超：那我給你舉個例子吧（：這次把整個過程都說完，看你還能問什麼

(圖轉自劉丹冰 Golang 的協程調度器原理及 GMP 設計思想)

  1. 調用 go func() 創建一個 goroutine；

  2. 新創建的 G 優先保存在 P 的本地隊列中，如果 P 的本地隊列已經滿了就會保存在全局的隊列中；

  3. M 需要在 P 的本地隊列彈出一個可執行的 G，如果 P 的本地隊列爲空，則先會去全局隊列中獲取 G，如果全局隊列也爲空則去其他 P 中偷取 G 放到自己的 P 中

  4. G 將相關參數傳輸給 M，爲 M 執行 G 做準備

  5. 當 M 執行某一個 G 時候如果發生了系統調用產生導致 M 會阻塞，如果當前 P 隊列中有一些 G，runtime 會將線程 M 和 P 分離，然後再獲取空閒的線程或創建一個新的內核級的線程來服務於這個 P，阻塞調用完成後 G 被銷燬將值返回；

  6. 銷燬 G，將執行結果返回

  7. 當 M 系統調用結束時候，這個 M 會嘗試獲取一個空閒的 P 執行，如果獲取不到 P，那麼這個線程 M 變成休眠狀態， 加入到空閒線程中。

GM 與 GMP

面試官：看來你對 GMP 整個流程還是比較清楚的，那你再給我說說 GMP 相對於 GM 做了哪些優化吧。

考點：GM 與 GMP 區別

超超：優化點有三個，一是每個 P 有自己的本地隊列，而不是所有的 G 操作都要經過全局的 G 隊列，這樣鎖的競爭會少的多的多。而 GM 模型的性能開銷大頭就是鎖競爭。

二是 P 的本地隊列平衡上，在 GMP 模型中也實現了 Work Stealing 算法，如果 P 的本地隊列爲空，則會從全局隊列或其他 P 的本地隊列中竊取可運行的 G 來運行（通常是偷一半），減少空轉，提高了資源利用率。

三是 hand off 機制當 M0 線程因爲 G1 進行系統調用阻塞時，線程釋放綁定的 P，把 P 轉移給其他空閒的線程 M1 執行，同樣也是提高了資源利用率。

面試官：你有沒有想過隊列和線程的優化可以做在 G 層和 M 層，爲什麼要加一個 P 層呢？

考點：深挖 GMP

超超：這是因爲 M 層是放在內核的，我們無權修改，在前面協程的問題中回答過，內核級也是用戶級線程發展成熟才加入內核中。所以在 M 無法修改的情況下，所有的修改只能放在用戶層。將隊列和 M 綁定，由於 hand off 機制 M 會一直擴增，因此隊列也需要一直擴增，那麼爲了使 Work Stealing 能夠正常進行，隊列管理將會變的複雜。因此設定了 P 層作爲中間層，進行隊列管理，控制 GMP 數量（最大個數爲 P 的數量）。

面試官：你對 GMP 還是蠻瞭解的哈，那回到剛開始的話題，你知道 mac 中的回收站只能單開，訪達窗口可以多開吧？

超超：知道呀，這是單例模式（：爲什麼 mac 這個點過不去了😫

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/m5NU6hR-PsjsQyLCtFaT8w

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