go 协程(Goroutine)详解

go 协程(Goroutine)详解,第1张

什么是协程

一种比线程更加轻量级的存在。正如一个进程可以拥有多个线程一样,一个线程也可以拥有多个协程,协程的切换和创建完全是用户决定的。

进程、线程、协程对比

线程和进程是完全由 *** 作系统的分配的,对 *** 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。

goroutine和线程的关系和区别

goroutine相对于线程:
1.Goroutine所需要的内存通常只有2kb,而线程则需要1Mb,内存消耗更少
2.由于线程创建时需要向 *** 作系统申请资源,并且在销毁时将资源归还,因此它的创建和销毁的开销比较大。相比之下,goroutine的创建和销毁是由go语言在运行时自己管理的,因此开销更低。
3.切换开销更小线程的调度方式是抢占式的,如果一个线程的执行时间超过了分配给它的时间片,就会被其它可执行的线程抢占;而goroutine的调度是协同式的,它不会直接地与 *** 作系统内核打交道。

为什么要用协程

进程或者线程频繁的上下文切换会带来极大的成本
切换进程的开销:
1、切换页表全局目录
2、切换内核态堆栈
3、切换硬件上下文.
4、刷新TLB
5、系统调度器的代码执行
这些 *** 作会带来以下弊端,导致程序运行速度大幅下降:
1.寄存器内容丢失。
2.CPU cache失效,缓存命中失败。速度大幅下降。
3.TLB快表失效,虚拟地址到物理地址转换速度大幅下降。

Goroutine实现原理 GMP模型

G(Goroutine): 即Go协程,每个go关键字都会创建一个协程。
M(Machine): 工作线程,在Go中称为Machine。
P(Processor): go中管理协程的数据结构
M必须拥有P才可以执行G中的代码,P含有一个包含多个G的队列,P可以调度G交由M执行。其关系如下图所示:

P的个数在程序启动时决定,默认情况下等同于CPU的核数,由于M必须持有一个P才可以运行Go代码,所以同时运行的M个数,也即线程数一般等同于CPU的个数,以达到尽可能的使用CPU而又不至于产生过多的线程切换开销。

Goroutine调度策略 队列轮转

每个P维护着一个包含G的队列,不考虑G进入系统调用或IO *** 作的情况下,P周期性的将G调度到M中执行,执行一小段时间,将上下文保存下来,然后将G放到队列尾部,然后从队列中重新取出一个G进行调度。

除了每个P维护的G队列以外,还有一个全局的队列,每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行,全局队列中G的来源,主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列,也是为了防止全局队列中的G被饿死。

系统调用

一般情况下M的个数会略大于P的个数,这多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。类似线程池,Go也提供一个M的池子,需要时从池子中获取,用完放回池子,不够用时就再创建一个。

当M运行的某个G产生系统调用时,如下图所示:

如图所示,当G0即将进入系统调用时,M0将释放P,进而某个空闲的M1获取P,继续执行P队列中剩下的G。而M0由于陷入系统调用而进被阻塞,M1接替M0的工作,只要P不空闲,就可以保证充分利用CPU。
常见的像文件io *** 作会调用系统调用,进入阻塞状态。

M1的来源有可能是M的缓存池,也可能是新建的。当G0系统调用结束后,根据M0是否能获取到P,将会将G0做不同的处理:

如果有空闲的P,则获取一个P,继续执行G0。
如果没有空闲的P,则将G0放入全局队列,等待被其他的P调度。然后M0将进入缓存池睡眠。

工作量窃取

多个P中维护的G队列有可能是不均衡的,比如下图:

竖线左侧中右边的P已经将G全部执行完,然后去查询全局队列,全局队列中也没有G,而另一个M中除了正在运行的G外,队列中还有3个G待运行。此时,空闲的P会将其他P中的G偷取一部分过来,一般每次偷取一半。偷取完如右图所示。

Tips

一般来讲,程序运行时就将GOMAXPROCS大小设置为CPU核数,可让Go程序充分利用CPU。在某些IO密集型的应用里,这个值可能并不意味着性能最好。理论上当某个Goroutine进入系统调用时,会有一个新的M被启用或创建,继续占满CPU。但由于Go调度器检测到M被阻塞是有一定延迟的,也即旧的M被阻塞和新的M得到运行之间是有一定间隔的,所以在IO密集型应用中不妨把GOMAXPROCS设置的大一些,或许会有好的效果。

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/990988.html

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