深入理解 Go 併發，靈活的 goroutine 模型與調度策略
在go中，協程co-routine被改爲goroutine，一個goroutine只佔幾 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，本文給大家介紹下Go併發的方法之goroutine模型與調度策略，感興趣的朋友一起看看吧
單進程操作系統
早期的單進程操作系統，可以理解爲只有一個時間軸，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 結束了，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 就避免了阻塞在某一進程
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，各種拷貝複製就會導致時間浪費，大部分時間都用在切換了，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，進程的內存佔用也是很大的問題
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 只需要管內核線程，這樣的內核線程稱爲thread，用戶線程稱爲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了併發，CPU 也不用切換了，只用在協程切換時消耗很少的資源，解決了 CPU 高消耗調度的問題。
這樣的弊端是有一個協程阻塞了，下一個協程就不能執行了
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了
goroutine
在go中，協程co-routine被改爲goroutine，一個goroutine只佔幾 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、銷燬、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新創建了一個goroutine，爲了保證併發，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，這個處理器裏有goroutine的各種資源，堆、棧、數據等，這樣的處理器稱爲 P，每個 P 管理一個自己的本地隊列，這個隊列裏存放着這個 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，除了 P 的本地隊列外，還有一個全局隊列，裏面也存放着要運行的goroutine
調度器設計策略
複用線程
work stealing
當一個線程正在執行一個goroutine時，並且它的 P 本地隊列裏還有待執行的goroutine，別的 P 空閒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突然阻塞了，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 變爲睡眠狀態，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又不阻塞了，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，例如爲 CPU 核心數 / 2
搶佔
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，否則新來的就只能等着
而 goroutine 的機制是，每個 goroutine 只有 10ms，時間用完後新的 goroutine 一定會搶佔這個 CPU，沒有誰優先，大家都很平均
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，就去全局隊列裏拿，全局隊列裏別的goroutine前移。
到此這篇關於Go併發的方法之goroutine模型與調度策略的文章就介紹到這了
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