Go学习笔记—Go并发基础

Go学习笔记—Go并发基础 Go并发基础

并行：程序在任意时刻内都是同时运行的
并发：程序在单位时间内都是同时运行的
​扇入：多条通道聚合到一条通道中（select聚合，加密解密服务）
​扇出：一条通道发散到多条通道中（goroutine实现并发，Web服务器并发处理用户请求）

​ 在java/c++中我们要实现并发编程的时候，我们通常需要自己维护一个线程池，并且需要自己去包装一个又一个的任务，同时需要自己去调度线程执行任务并维护上下文切换。

​ 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程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个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和上下文切换的机制。

（1）goroutine可以在用户空间调度，避免内核态和用户态的切换。

（2）goroutine是语言原生支持的，屏蔽了大部分复杂底层实现。

（3）goroutine更小的栈空间允许用户创建更多的实例。

Go语言并行调度原理

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

• G就是goroutine，它不是一个运行实体，而是用于存放并发执行的代码入口地址，上下文，运行环境（关联的P和M），运行栈等元信息。为了减少对象的分配和回收，G对象可以被复用（执行完的goroutine可以重新初始化）。

• P（Processor）管理着一组goroutine队列，P是存储当前goroutine运行的上下文环境（函数指针，堆栈地址及地址边界）的一个数据结构而非控制实体，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等等）当自己的队列消费完了就去全局队列里取，如果全局队列里也消费完了会去其他P的队列里抢任务。

• M（machine）是Go运行时（runtime）对 *** 作系统内核线程的虚拟，是 *** 作系统层面调度和运行的实体。 M与内核线程一般是一一映射的关系， 一个groutine最终是要放到M上执行的，M仅负责执行，资源来自于P和G；P与M一般也是一一对应的。他们关系是： P管理着一组G挂载在M上运行。当一个G长久阻塞在一个M上时，runtime会新建一个M，绑定相应的P，阻塞G所在的P会把其他的G 挂载在新建的M上。当旧的G阻塞完成或者认为其已经死掉时 回收旧的M。

• M拥有自己的栈g0，但只有当拿到P才可以执行，M会在堆栈g0上恢复G的上下文，完成后切换到G的栈开始执行

Go启动初始化过程：

1. 分配和检查栈空间。
2. 初始化参数和环境变量。
3. 当前运行线程标记为m0，即程序主线程。
4. 调用运行时初始化函数runtime.schedinit 进行初始化。(内存空间分配，GC，生成空闲P列表)
5. 在m0上调度第一个G，这个G负责运行runtime.main函数。runtime.main会拉起运行时的监控线程(对应一个M，专门监控、控制程序的内存和调度信息)，然后调用main包的init()初始化函数，最后执行main函数。

总结：

1. 一个 *** 作系统线程对应用户态多个goroutine。
2. go程序可以同时使用多个 *** 作系统线程。
3. goroutine和OS线程是多对多的关系，即m:n。

命令作用runtime.GOMAXPROCS(x)x==0时为查询可以并发执行的goroutine数目 ；x>0时为设置GOMAXPROCS值runtime.Goexit结束当前goroutine运行(会调用其defer但是不会产生panic)runtime.Gosched放弃当前调度执行的机会，将当前goroutine放到Processor的队尾runtime.NumGoroutine返回当前程序的goroutine个数

Go语言为什么并行更快？

​ Go语言相比起其他语言的优势在于OS线程是由OS内核来调度的，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调度的技术（复用/调度m个goroutine到n个OS线程）。 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块大的内存池， 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线程低很多。 另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goroutine的超轻量，以上种种保证了go调度方面的性能。