Go并发编程#协程

什么是协程

Go的并发编程是通过协程（goroutine）来实现的，所以了解协程是掌握Go并发编程的第一步。协程是更加轻量级的线程，当我们需要异步执行一段代码的时候，直接创建一个协程来运行接口，Go的协程是通过运行时（runtime）来管理的，所以开发人员不需要关心协程的调度以及销毁等过程。

创建协程方法：go + 匿名函数

package async

import "testing"

func TestGoroutine(t *testing.T) {

    //创建一个协程异步执行任务
	go func() {
		println("do something")
	}()


	println("end")
}

协程和线程的区别

1. 占用空间：协程比线程占用更小的空间，线程和协程占用空间主要是栈占用的空间大小，创建一个线程占用内存一般是在1M到数M之间，而一个协程默认的站大小是2K，这是因为协程的栈是可以进行扩展的，初始化的时候不需要分配太多，这样更加节省资源。所以在项目中创建的线程数往往不能太多，但是却可以创建成千上万的协程。
    
2. 调度方式：这个是协程和线程最大的区别，也是我认为Go做的很好的一个设计。我们知道传统的线程是对应这操作系统的线程，然后是由操作系统来进行调度的，进行CPU时间片的抢占。但是Go的协程是由用户态的调度器来实现调度，不直接和操作系统线程关联，因为是用户态，所以在调度的时候线程切换的开销更小，不存在状态的切换。
    
3. 并发度和性能：其实从1和2两个区别也能看出来，Go协程的并发性能比传统的线程要高很多，因为Go协程的创建和调度开销小，可以轻松创建成千上万个协程。而传统线程的并发度受限于系统的线程数目，创建大量线程可能会导致系统资源耗尽。当然这个更多的是得益于Go的协程调度模型，这个在下面会讲到。

总的来说，Go协程提供了一种更加高效、易用且安全的并发编程方式。通过协程，开发者可以编写出高并发、高性能的程序，而不用担心传统多线程编程中可能出现的各种问题。

G-P-M调度模型

什么是GPM

Go协程的并发高性能主要还是得益于高效的调度策略，也就是我们这里要讲到的GPM模型，了解了这个模型的工作原理，我们也就掌握了Go中协程并发运行的原理。

• G：代表 Goroutine，存储了 Goroutine 的执行栈信息、Goroutine 状态以及 Goroutine 的任务函数等。
   
• P：代表逻辑 processor，P 的数量决定了系统内最大可并行的 G 的数量，P 的最大作用还是其拥有的各种 G 对象队列、链表、一些缓存和状态；G的执行依赖P，只有被分配到P中才能被执行。
   
• M：M 代表着真正的执行计算资源。在绑定有效的 P 后，进入一个调度循环，而调度循环的机制大致是从 P 的本地运行队列以及全局队列中获取 G，切换到 G 的执行栈上并执行 G 的函数，调用 goexit 做清理工作并回到 M，如此反复。M 并不保留 G 状态，这是 G 可以跨 M 调度的基础。

依赖条件：

• G必须依赖于P才能被M执行，程序创建的goroutine协程必须放入调度器P才能被执行。
• M必须关联到一个P才能执行对应队列中的G，一个P可以被多个M关联，但是同一时刻只可能被一个M关联，所以这里可以看出，Go的并发度是取决于P的数量的，而不是M。

工作流程

创建一个协程到运行的简单过程：

GPM整体工作流程：

调度策略

队列轮转

从上面的GPM流程中我们可以看到每个P是维护了一个自己的协程队列，调度器会按照队列的出队顺序把G给到M去执行，每个G都会被分到一个时间片，执行一段时间后如何还未完成就记录上下文和寄存器信息，放入队列尾部等到下次重新被调度。这种是比较常规的调用方式。

抢占式调度

Go的协程调度是支持抢占式调度的，即一个Goroutine在执行过程中可能被强制暂停，切换到其他Goroutine执行。这种机制防止了某个Goroutine长时间占用处理器，确保其他Goroutines也有机会执行。

系统调用

当一个Goroutine进入系统调用后会进入阻塞状态，这个时候其对应的M也会随之进入空闲状态，和P进行解绑。调度器会把P调度给其他的M，保证P中其他的G可以被执行。当系统调用完成之后，这个Goroutine会尝试获取空闲的P，如果获取到就继续执行，如果没有就进入全局队列，等待被执行。

工作量窃取

每个P维护的G队列可能不是均衡的，有的多有的少，为了提高并发度，这里提供了工作窃取的调度方式，跟线程的fork-join有点类似。当某个P执行中的G被执行完成之后，会先去全局队列中查询，如果全局队列中也没有就会从其他的P中”窃取“一部分G（一半儿）来执行。