什么是协程goroutine？

news2024/11/16 13:04:44

文章目录

- 一、进程和线程
- - 进程和线程的痛点
  - 为什么 Java 坚持多线程不选择协程？
- 二、什么是协程
- - CSP并发模型
  - golang 线程模型和GMP
  - 一直创建协程会出什么问题
- 三、参考

一、进程和线程

进程就是应用程序的启动实例，进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。

线程从属于进程，是程序的实际执行者。一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程。

线程拥有自己的栈空间。

对操作系统来说，线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。

进程和线程的痛点

抢占式调度：操作系统会根据每个线程的优先级进行调度，决定他们的执行顺序。

多线程的优点：将主要进行io操作的线程（比如读取硬盘数据）的优先级调低，不会被io操作浪费大量的cpu时间

多线程的缺点：线程切换需要保存上下文，需要时间。

Java中线程具有五种状态：
这五种状态的转化关系如下：

在这里插入图片描述
但是，线程不同状态之间的转化是谁来实现的呢？是JVM吗？

并不是。JVM需要通过操作系统内核中的TCB（Thread Control Block）模块来改变线程的状态，这一过程需要耗费一定的CPU资源。

为什么 Java 坚持多线程不选择协程？

参考URL: https://www.zhihu.com/question/332042250/answer/734115120

二、什么是协程

线程的切换由操作系统负责调度，协程由用户自己进行调度，因此减少了上下文切换。
线程的默认Stack大小是1M，而协程更轻量，接近1K。因此可以在相同的内存中开启更多的协程。
由于在同一个线程上，因此可以避免竞争关系而使用锁。

Goroutine 是一个由 Go 运行时管理的轻量级线程，一般称其为 “协程”。操作系统本身是无法明确感知到 Goroutine 的存在的，Goroutine 的操作和切换归属于 “用户态” 中。Goroutine 由特定的调度模式来控制，以 “多路复用” 的形式运行在操作系统为 Go 程序分配的几个系统线程上。

据测试，一次协程的切换，耗时大概在100ns，相对于线程的微秒级耗时切换，性能表现非常优秀，但是仍有一些开销。

CSP并发模型

CSP模型是上个世纪七十年代提出的，用于描述两个独立的并发实体通过共享的通讯 channel(管道)进行通信的并发模型。 CSP中channel是第一类对象，它不关注发送消息的实体，而关注与发送消息时使用的channel。

Golang 就是借用CSP模型的一些概念为之实现并发进行理论支持，其实从实际上出发，go语言并没有，完全实现了CSP模型的所有理论，仅仅是借用了 process和channel这两个概念。process是在go语言上的表现就是 goroutine 是实际并发执行的实体，每个实体之间是通过channel通讯来实现数据共享。

golang 线程模型和GMP

多内核线程+多协程，以及Golang的GMP模型
参考URL: https://juejin.cn/post/6906420781182353422

go线程模型包含三个概念：内核线程(M)，goroutine(G),G的上下文环境（P）；Go语言运行时，通过核心元素G，M，P 和自己的调度器，实现了自己的并发线程模型。

GMP模型
GMP模型是goalng特有的。

G是goroutine，基于协程建立的用户态线程。实际上我们每次调用 go func 就是生成了一个G。
M是machine，它直接关联一个os内核线程，用于执行G。
P是processor，P里面一般会存当前goroutine运行的上下文环境（函数指针，堆栈地址及地址边界），P会对自己管理的goroutine队列做一些调度。一般P的数量就是处理器的核数，可以通过GOMAXPROCS进行修改。

一直创建协程会出什么问题

func main() {
	maxCount := math.MaxInt64
	for i := 0; i < maxCount; i++ {
		go func(i int) {
			// 做一些各种各样的业务逻辑处理
			fmt.Printf("go func num: %d\n", i)
			time.Sleep(time.Second)
		}(i)
	}
}