Go语言线程模型,go 线程 协程

golang csp 模型

调度器 由三方面实体构成：

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三者对应关系：

上图有2个 物理线程 M，每一个 M 都拥有一个上下文（P），每一个也都有一个正在运行的goroutine（G）。

P 的数量可由 runtime.GOMAXPROCS() 进行设置，它代表了真正的并发能力，即可有多少个 goroutine 同时运行。

调度器为什么要维护多个上下文P 呢？ 因为当一个物理线程 M 被阻塞时，P 可以转而投奔另一个OS线程 M （即 P 带着 G 连茎拔起，去另一个 M 节点下运行）。这是 Golang调度器厉害的地方，也是高并发能力的保障。

golang的线程模型——GMP模型

内核线程（Kernel-Level Thread ，KLT）

轻量级进程（Light Weight Process,LWP）：轻量级进程就是我们通常意义上所讲的线程，由于每个轻量级进程都由一个内核线程支持，因此只有先支持内核线程，才能有轻量级进程

用户线程与系统线程一一对应，用户线程执行如lo操作的系统调用时，来回切换操作开销相对比较大

多个用户线程对应一个内核线程，当内核线程对应的一个用户线程被阻塞挂起时候，其他用户线程也阻塞不能执行了。

多对多模型是可以充分利用多核CPU提升运行效能的

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）；

GMP模型是goalng特有的。

P与M一般是一一对应的。P（上下文）管理着一组G（goroutine）挂载在M（内核线程）上运行，图中左边蓝色为正在执行状态的goroutine，右边为待执行状态的goroutiine队列。P的数量由环境变量GOMAXPROCS的值或程序运行runtime.GOMAXPROCS()进行设置。

当一个os线程在执行M1一个G1发生阻塞时，调度器让M1抛弃P，等待G1返回，然后另起一个M2接收P来执行剩下的goroutine队列（G2、G3...），这是golang调度器厉害的地方，可以保证有足够的线程来运行剩下所有的goroutine。

当G1结束后，M1会重新拿回P来完成，如果拿不到就丢到全局runqueue中，然后自己放到线程池或转入休眠状态。空闲的上下文P会周期性的检查全局runqueue上的goroutine，并且执行它。

另一种情况就是当有些P1太闲而其他P2很忙碌的时候，会从其他上下文P2拿一些G来执行。

详细可以翻看下方第一个参考链接，写得真好。

最后用大佬的总结来做最后的收尾————

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。调度器通过对G，M，P的调度实现了两级线程模型中操作系统内核之外的调度任务。整个调度过程中会在多种时机去触发最核心的步骤 “一整轮调度”，而一整轮调度中最关键的部分在“全力查找可运行G”，它保证了M的高效运行（换句话说就是充分使用了计算机的物理资源），一整轮调度中还会涉及到M的启用停止。最后别忘了，还有一个与Go程序生命周期相同的系统监测任务来进行一些辅助性的工作。

浅析Golang的线程模型与调度器

Golang CSP并发模型

Golang线程模型

golang协程调度模式解密

golang学习笔记

频繁创建线程会造成不必要的开销，所以才有了线程池。在线程池中预先保存一定数量的线程，新任务发布到任务队列，线程池中的线程不断地从任务队列中取出任务并执行，可以有效的减少创建和销毁带来的开销。

过多的线程会导致争抢cpu资源，且上下文的切换的开销变大。而工作在用户态的协程能大大减少上下文切换的开销。协程调度器把可运行的协程逐个调度到线程中执行，同时即时把阻塞的协程调度出协程，从而有效地避免了线程的频繁切换，达到了少量线程实现高并发的效果。

多个协程分享操作系统分给线程的时间片，从而达到充分利用CPU的目的，协程调度器决定了则决定了协程运行的顺序。每个线程同一时刻只能运行一个协程。

go调度模型包含三个实体：

每个处理器维护者一个协程G的队列，处理器依次将协程G调度到M中执行。

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，全局队列中的G主要来自系统调用中恢复的G.

如果协程发起系统调用，则整个工作线程M被阻塞，协程队列中的其他协程都会阻塞。

一般情况下M的个数会略大于P个数，多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。与线程池类似，Go也提供M池子。当协程G1发起系统掉用时，M1会释放P,由 M1-P-G1 G2 ... 转变成 M1-G1 , M2会接管P的其他协程 M2-P-G2 G3 G4... 。

冗余的M可能来源于缓存池，也可能是新建的。

当G1结束系统调用后，根据M1是否获取到P,进行不用的处理。

多个处理P维护队列可能不均衡，导致部分处理器非常繁忙，而其余相对空闲。产生原因是有些协程自身不断地派生协程。

为此Go调度器提供了工作量窃取策略，当某个处理器P没有需要调度的协程时，将从其他处理中偷取协程，每次偷取一半。

抢占式调度，是指避免某个协程长时间执行，而阻碍其他协程被调度的机制。

调度器监控每个协程执行时间，一旦执行时间过长且有其他协程等待，会把协程暂停，转而调度等待的协程，以达到类似时间片轮转的效果。比如for循环会一直占用执行权。

在IO密集型应用，GOMAXPROCS大小设置大一些，获取性能会更好。

IO密集型会经常发生系统调用，会有一个新的M启用或创建，但由于Go调度器检测M到被阻塞有一定延迟。如果P数量多，则P管理协程队列会变小。

为什么要使用 Go 语言？Go 语言的优势在哪里

1. 保留但大幅度简化指针

Go语言保留着C中值和指针的区别，但是对于指针繁琐用法进行了大量的简化，引入引用的概念。所以在Go语言中，你几乎不用担心会因为直接操作内寸而引起各式各样的错误。

2. 多参数返回

还记得在C里面为了回馈多个参数，不得不开辟几段指针传到目标函数中让其操作么？在Go里面这是完全不必要的。而且多参数的支持让Go无需使用繁琐的exceptions体系，一个函数可以返回期待的返回值加上error，调用函数后立刻处理错误信息，清晰明了。

3. Array，slice，map等内置基本数据结构

如果你习惯了Python中简洁的list和dict操作，在Go语言中，你不会感到孤单。一切都是那么熟悉，而且更加高效。如果你是C++程序员，你会发现你又找到了STL的vector 和 map这对朋友。

4. Interface

Go语言最让人赞叹不易的特性，就是interface的设计。任何数据结构，只要实现了interface所定义的函数，自动就implement了这个interface，没有像Java那样冗长的class申明，提供了灵活太多的设计度和OO抽象度，让你的代码也非常干净。千万不要以为你习惯了Java那种一条一条加implements的方式，感觉还行，等接口的设计越来越复杂的时候，无数Bug正在后面等着你。

同时，正因为如此，Go语言的interface可以用来表示任何generic的东西，比如一个空的interface，可以是string可以是int，可以是任何数据类型，因为这些数据类型都不需要实现任何函数，自然就满足空interface的定义了。加上Go语言的type assertion，可以提供一般动态语言才有的duck typing特性， 而仍然能在compile中捕捉明显的错误。

5. OO

Go语言本质上不是面向对象语言，它还是过程化的。但是，在Go语言中， 你可以很轻易的做大部分你在别的OO语言中能做的事，用更简单清晰的逻辑。是的，在这里，不需要class，仍然可以继承，仍然可以多态，但是速度却快得多。因为本质上，OO在Go语言中，就是普通的struct操作。

6. Goroutine

这个几乎算是Go语言的招牌特性之一了，我也不想多提。如果你完全不了解Goroutine，那么你只需要知道，这玩意是超级轻量级的类似线程的东西，但通过它，你不需要复杂的线程操作锁操作，不需要care调度，就能玩转基本的并行程序。在Go语言里，触发一个routine和erlang spawn一样简单。基本上要掌握Go语言，以Goroutine和channel为核心的内存模型是必须要懂的。不过请放心，真的非常简单。

7. 更多现代的特性

和C比较，Go语言完全就是一门现代化语言，原生支持的Unicode, garbage collection, Closures(是的，和functional programming language类似), function是first class object，等等等等。

看到这里，你可能会发现，我用了很多轻易，简单，快速之类的形容词来形容Go语言的特点。我想说的是，一点都不夸张，连Go语言的入门学习到提高，都比别的语言门槛低太多太多。在大部分人都有C的背景的时代，对于Go语言，从入门到能够上手做项目，最多不过半个月。Go语言给人的感觉就是太直接了，什么都直接，读源代码直接，写自己的代码也直接。

Go语言——goroutine并发模型

参考：

Goroutine并发调度模型深度解析手撸一个协程池

Golang 的 goroutine 是如何实现的？

Golang - 调度剖析【第二部分】

OS线程初始栈为2MB。Go语言中，每个goroutine采用动态扩容方式，初始2KB，按需增长，最大1G。此外GC会收缩栈空间。

BTW，增长扩容都是有代价的，需要copy数据到新的stack，所以初始2KB可能有些性能问题。

更多关于stack的内容，可以参见大佬的文章。 聊一聊goroutine stack

用户线程的调度以及生命周期管理都是用户层面，Go语言自己实现的，不借助OS系统调用，减少系统资源消耗。

Go语言采用两级线程模型，即用户线程与内核线程KSE（kernel scheduling entity）是M:N的。最终goroutine还是会交给OS线程执行，但是需要一个中介，提供上下文。这就是G-M-P模型

Go调度器有两个不同的运行队列：

go1.10\src\runtime\runtime2.go

Go调度器根据事件进行上下文切换。

调度的目的就是防止M堵塞，空闲，系统进程切换。

详见 Golang - 调度剖析【第二部分】

Linux可以通过epoll实现网络调用，统称网络轮询器N（Net Poller）。

文件IO操作

上面都是防止M堵塞，任务窃取是防止M空闲

每个M都有一个特殊的G，g0。用于执行调度，gc，栈管理等任务，所以g0的栈称为调度栈。g0的栈不会自动增长，不会被gc，来自os线程的栈。

go1.10\src\runtime\proc.go

G没办法自己运行，必须通过M运行

M通过通过调度，执行G

从M挂载P的runq中找到G，执行G

Golang 线程和协程的区别

线程：

多线程是为了解决CPU利用率的问题，线程则是为了减少上下文切换时的开销，进程和线程在Linux中没有本质区别，最大的不同就是进程有自己独立的内存空间，而线程是共享内存空间。

在进程切换时需要转换内存地址空间，而线程切换没有这个动作，所以线程切换比进程切换代价要小得多。

协程：

想要简单，又要性能高，协程就可以达到我们的目的，它是用户视角的一种抽象，操作系统并没有这个概念，主要思想是在用户态实现调度算法，用少量线程完成大量任务的调度。

Goroutine是GO语言实现的协程，其特点是在语言层面就支持，使用起来十分方便，它的核心是MPG调度模型：M即内核线程;P即处理器，用来执行Goroutine，它维护了本地可运行队列;G即Goroutine，代码和数据结构;S及调度器，维护M和P的信息。

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