CSP并发模型

最新推荐文章于 2024-03-19 21:17:37 发布

pg_dog

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分类专栏： go 文章标签： golang

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本文介绍了Go语言的并发模型，它基于CSP理论，通过goroutine和channel实现并发。goroutine作为轻量级线程，具有用户态调度和小栈空间的优势。channel作为通信机制，确保数据在并发环境中的安全传递。Go的并发模型还包括GPM调度策略，减少了阻塞和实现了任务窃取，提供高效的并发执行。

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不要以共享内存的方式来通信，相反，要通过通信来共享内存
Go语言的并发模型参考的是CSP理论（Go推荐的，通信顺序进程，一种并发编程模型），另一种就是多线程共享内存，在访问共享数据时，通过锁来访问，因此衍生出了许多方便的数据结构，叫做“线程安全的数据结构”。

Go的CSP并发模型
CSP = goroutine + Channel

Goroutine
实际并发执行的实体，它底层是使用协程(coroutine)实现并发，coroutine是一种运行在用户态的用户线程，go底层选择使用coroutine的出发点是因为，它具有以下特点：
用户空间避免了内核态和用户态的切换导致的成本（只需要上下文切换，即改动寄存器值）
可以由语言和框架层进行调度
更小的栈空间允许创建大量的实例(线程栈空间通常2M,协程2K)
而goroutine是在golang层面提供了调度器(用户控制调度)，并且对网络IO库进行了封装，屏蔽了复杂的细节，对外提供统一的语法关键字支持，简化了并发程序编写的成本

channel
它是被单独创建并且可以在进程之间传递，一个实体通过将消息发送到channel 中，然后又监听这个 channel 的实体处理，两个实体之间是匿名的，这个就实现实体中间的解耦，其中 channel 是同步的一个消息被发送到 channel 中，最终是一定要被另外的实体消费掉的。

协程调度策略GPM
组成：Goroutine + Procesor + Machine + sched
G:Goroutine(G结构体，包含运行堆栈，状态及任务函数，需要绑定到P上才能被调用执行)
P:Procesor(调度处理器, P为M提供了执行G的环境，GoMAXPROCS决定他的数量，最大为256)
M:Machine（内核线程，不会很多（10000，减少操作系统上的调度负载），绑定有效的P后，进入schedule循环（调度循环），机制就是从P的Local队列获取G,完了从Sched的全局队列获取G,完了从其他P处抢G来执行。M上不存G的状态，这也是G可以跨M调度的基础）
Sched:调度器（存有全局队列，空闲M\P等）

策略：
1，减少阻塞（协程让出主动）：
P里面会维护一个最小堆，里面记录很多timer,时间到时通知挂起的（GRunning->GWaiting）G恢复到GRunnable状态并放回到Local队列中去。另外还有一层保障（防止M都在忙，timer没被检查）：监控线程（主线程创建，循环执行任务，其中包括检查timer）
场景1（网络请求和IO操作导致G阻塞从而阻塞M），Go提供了网络轮询器（epoll实现IO多路复用）来处理，使用网络轮询器进行异步网络系统调用，完成后放回全局队列。
场景2：channel读写阻塞，channel的读写列表会记录阻塞的G,等到可读/可写，或者channel关闭,会通知到G回到等待状态让出。
2，任务窃取（抢占）：抢其他P的G(设置stackPreempt(栈增长)和异步抢占（发信号）)；

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