Go——Goroutine介绍

news2024/12/24 8:58:41

一. 并发介绍

进程和线程

进程是程序在操作系统中一次执行过程，系统进程资源分配和调度的一个独立单位。
线程是进程执行的实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
一个进程可以创建和撤销多个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

并发和并行

多线程程序在一个核CPU上运行，就是并发。
多线程程序在多个核CPU上运行，就是并行。

协程和线程

协程：独立的栈空间，共享堆空间，调度由用户自己控制，本质有点类似于用户级线程，这些用户级线程的调度也是自己实现的。
线程：一个线程上可以跑多个协程，协程是轻量级线程。

goroutine只是由官方实现的超级“线程池”。

每个实际4~5KB的栈内存占用和由于实现机制而大幅减少的创建和销毁开销是go高并发的根本原因。

并发主要是由切换时间片来实现同时运行，并行则是直接利用多核实现多线程的运行，go可以设置使用核数，以发挥多核计算机的能力。

goroutine奉行通过通信来共享内存，而不是共享内存来通信。

二. Goroutine

2.1 介绍

在java/c++中我们要实现一个并发编程，我们通常需要自己维护一个线程池，并且需要自己取包装一个有一个任务，同时需要自己去调度线程执行任务并维护上下文切换，这一切通常会耗费程序员大量心智。那么能不能有一种机制，程序员只需要定义很多任务，让系统去帮助我们把这些任务分配到CPU上实现并发执行呢？

Go语言中的goroutine就是这样一种机制，goroutine的概念类似于线程，但goroutine是由Go的运行时(runtime)调度和管理的。Go程序会智能的将goroutine中的任务合理的分配给每一个CPU。Go语言之所以被称为现代化的编程语言，就是因为它在语言层面已经内置了调度核上下文切换的机制。

在Go语言编程中，你不需要去自己写进程，线程，协程，你的技能包里只有一个技能-goroutine，当你需要让某个任务并发执行的时候，你只需要把这个任务包装成一个函数，开启一个goroutine去执行这个函数就可以了。

使用goroutine

Go语言中使用goroutine非常简单，只需要在调用函数的时候在前面加上go关键字，就可以为一个函数创建一个goroutine。

一个goroutine必定对应一个函数，可以创建多个goroutine去执行相同函数。

2.2 使用

启动单个goroutine

启动goroutine的方式非常简单，只需要在调用的函数(普通函数和匿名函数)前面加一个go关键字。

使用协程：

启动多个协程

我们发现下面的打印不是按顺序打印的，这是因为协程是并发运行的，调度是随机的。

注意：如果主协程退出了，其它子协程会不论在不在运行，会直接退出。

2.3 goroutine与线程

可增长的栈

OS线程(操作系统的线程)一般由固定的栈内存(通常2MB)，一个goroutine的栈在其生命周期开始只有很小的栈(典型情况下2KB)，goroutine的栈不是固定的，它可以按需增大或缩小，goroutine的栈大小限制可以达到1GB，虽然极少会用到这么大。所以在Go语言中一次创建十万左右的goroutine也是可以的。

goroutine调度

GPM是Go语言运行时(runtime)层面的实现，是go语言自己实现的一套调度系统。区别于操作系统调度OS线程。

G很好理解，就是个goroutine的，里面除了存放本goroutine信息外，还有与所在P的绑定等信息。
P管理着一组goroutine队列，P里面会存储当前goroutine运行的上下文环境(函数指针，堆栈信息及地址边界)，P会对自己管理的goroutine队列做一些调度(比如把占用CPU时间较长的goroutine暂停，运行后续的goroutine等)当自己的队列消费完就去全局队列里面取，如果全局队列也消费完了会去其它P的队列里抢任务。
M(machine)是Go运行时(runtime)对操作系统内核线程的虚拟，M与内核线程一般是一一对应的关系，一个goroutine最终是要放到M上执行的。

P与M一般也是一一对应。他们的关系：P管理着一组挂载在M上运行。当一个G长久阻塞在一个M上时，runtime会建立一个M，阻塞G所在的P会把其它的G挂载在新的M上，当旧的G阻塞完成或认为其已经死掉，回收旧的M。

P的个数是通过runtime.GOMAXPROCS设定(最大256)，Go1.5版本之后默认为物理线程数。在并发量大的时候会增加一些P和M，但不会太多，切换太频繁的话得不偿失。

单从线程调度讲，Go语言相比起其它语言的优势在于OS线程是由OS内核调度的，goroutine则是由Go运行时(runtime)自己的调度器调度的，这个调度器使用一个称为m:n调度技术(复用/调度m个goroutine到n个OS线程)。其一大特点是goroutine的调度是在用户态下完成的，不涉及内核态与用户态之间的频繁切换，包括内存的分配与释放，都是在用户态维护着一个大的内存池，不直接调用系统的malloc函数(除非内存池需要改变)，成本比调度OS线程低的多。另外一方面充分利用了多核的硬件资源，近似的把若干goroutine均分在物理线程上，再加上本身的goroutine的超轻量，以上种种保证了go调度方面的性能。

总结

Go语言中的操作系统线程与goroutine之间的关系：

一个操作系统线程对应用户态多个goroutine
go语言可以同时使用多个操作系统线程
goroutine和OS线程是多对多的关系，即m:n

三.runtime包

runtime.Gosched()

让出CPU时间片，重新等待安排任务。

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

func main() {
	go func(s string) {
		for i := 0; i < 2; i++ {
			fmt.Println(s)
		}
	}("world")

	//主协程
	for i := 0; i < 2; i++ {
		runtime.Gosched() //切以下，再次分配任务
		fmt.Println("hello ")
	}
}