golang CPU调度、并发

java并发编程流程：

1. 维护线程池
2. 包装一个个任务
3. 调度线程去执行任务，处理好线程上下文切换

Goroutine 和 Channel

不要通过共享内存的方式进行通信，而是应该通过通信的方式共享内存

线程通讯方案

主流传统方案：通过共享内存的方式进行通信

多线程访问一个内存时
需要限制同一时间能够读写这些变量的线程数量

go：通过通信的方式共享内存

Go 语言提供了一种不同的并发模型，即通信顺序进程（Communicating sequential processes，CSP）
Goroutine 和 Channel 分别对应 CSP 中的实体和传递信息的媒介

两个 Goroutine不存在直接关联，但是能通过 Channel 间接完成通信。

Goroutine 树

Go 服务的每一个请求都是通过单独的 Goroutine 处理的

• 可能会创建多个 Goroutine 来处理一次请求
  于是在一次请求中的 Goroutine形成了 树形结构
  

所以就要在不同 Goroutine 之间 同步请求特定数据、取消信号以及处理请求的截止日期。

上下文 Context

context.Context 接口
用来设置截止日期、同步信号，传递请求相关值的结构体

• 作用：
  对Goroutine 信号进行同步 以减少计算资源的浪费

• 原理
  每一个 context.Context 都会从最顶层的 Goroutine 一层一层传递到最下层。
  context.Context 可以在上层 Goroutine 执行出现错误时，将取消信号及时同步给下层，下层及时停掉无用的工作以减少额外资源的消耗：一旦接收到取消信号就立刻停止当前正在执行的工作。

• 接口

type Context interface {
	// 上下文截止时间
	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
	// Channel，在上下文的工作完成后关闭
	Done() <-chan struct{}
	// 上下文结束的原因
	Err() error
	// 上下文中的 K-V
	Value(key interface{}) interface{}
}

默认上下文 context.Background

取消信号 context.WithCancel

从 context.Context 中衍生出一个新的子上下文，并返回一个取消函数
执行取消函数，当前上下文以及它的子上下文都会被取消

传值 context.WithValue， context.valueCtx

context.WithValue 能从父上下文中创建一个子上下文，传值的子上下文使用 context.valueCtx 类型

使用 context.Context 传递请求的所有参数一种非常差的设计，比较常见的使用场景是传递请求对应用户的认证令牌以及用于进行分布式追踪的请求 ID。

Channel

Go 核心的数据结构， Goroutine 之间的通信方式
从某种程度上说，Channel 是一个用于同步和通信的有锁队列

Channel 与关键字 range 和 select 的关系紧密

• select 能够让 Goroutine 同时等待多个 Channel 可读或者可写
  
  select 语句会阻塞当前 Goroutine 并等待多个 Channel （select 控制结构中不包含 default 语句）

先进先出

Channel 收发操作均遵循了先进先出的设计，具体规则如下：

1. 先从 Channel 读取数据的 Goroutine 会先接收到数据；
2. 先向 Channel 发送数据的 Goroutine 会得到先发送数据的权利；

并发编程

goroutine

https://blog.youkuaiyun.com/xyc1211/article/details/125065193

context包

处理单个请求的多个Goroutine之间与请求域的数据、超时和退出等操作

https://draveness.me/golang/docs/part3-runtime/ch06-concurrency/golang-context/

• 方法

type Context interface {
	// 上下文截止时间
	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
	// Channel，在上下文的工作完成后关闭
	Done() <-chan struct{}
	// 上下文结束的原因
	Err() error
	// 上下文中的 K-V
	Value(key interface{}) interface{}
}

// 默认上下文, 最简单、最常用的上下文类型
context.Background()

// 取消信号: 衍生出一个新的子上下文 + 一个用于取消该上下文的函数
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

// 计时器上下文：衍生出一个过期时间为 1s 的上下文
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 1*time.Second)

• 使用案例

func main() {
	//当前函数没有上下文作为入参，我们都会使用 context.Background 作为起始的上下文向下传递。
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    go handle(ctx)
    
	cancel() // 通知子goroutine结束
}

func handle(ctx context.Context) {
	select {
		case <-ctx.Done(): // 等待上级通知
			fmt.Println("handle", ctx.Err())
	}
}

Channel, select多路复用

通道有发送（send）、接收(receive）和关闭（close）三种操作

ch <- 10 // 把10发送到ch中

x := <- ch // 从ch中接收值并赋值给变量x
<-ch       // 从ch中接收值，忽略结果

close(ch)

对于从无缓冲Channel进行的接收，发生在对该Channel进行的发送完成之前（无缓冲Channel：接收完成，发送才能完成）

select 可以同时响应多个通道的操作。
同时监听多个channel，直到其中一个channel ready

高级用法

goroutine池

控制goroutine数量，防止暴涨
减少goroutine的创建/销毁的性能损耗

没有官方包，根据需求自实现，

"gitee.com/johng/gf/g/os/grpool"包

协程池ants

https://github.com/panjf2000/ants/blob/master/README_ZH.md

---

cpu调度： runtime包

• runtime.Gosched()
  让出CPU时间片，重新等待安排任务

• runtime.Goexit()
  退出当前协程

• runtime.GOMAXPROCS()
  设置当前程序并发时占用的CPU逻辑核心数

定时器： Timer包

• Time = time.Now()
  输出当前时间

• *Timer = time.NewTimer( time.Second)
  时间到了，输出1次时间

timer1 := time.NewTimer(time.Second)
fmt.Println("时间到:", <-timer1.C)

• *Timer = time.NewTicker( time.Second)
  时间到了，输出多次时间

ticker1 := time.NewTicker(1 * time.Second)
// 一直在循环输出时间
for {
	fmt.Println(<-ticker.C)
}

• [*Timer].Stop()
  停止定时器
• [*Timer].Reset(time.Second))
  重置定时器
• time.Sleep(time.Second)

sync包

互斥锁 sync.Mutex

var lock sync.Mutex

func main() {
	go add()
	go add()
}

func add() {
	lock.Lock() // 加锁, goroutine获取锁才能进入临界区
	x = x + 1
	lock.Unlock() // 解锁
}

读写互斥锁 sync.RWMutex

分为 读锁和写锁, 读锁能多次获取，写锁需要等待
适合读多写少的场景

rwlock sync.RWMutex

rwlock.Lock() 		// 加写锁
rwlock.Unlock() 	// 解写锁

rwlock.RLock()		// 加读锁
rwlock.RUnlock()	// 解读锁

同步信号量 sync.WaitGroup

(wg *WaitGroup) Add(delta int) 计数器+delta
(wg *WaitGroup) Done() 计数器-1
(wg *WaitGroup) Wait() 阻塞直到计数器变为0

var wg sync.WaitGroup

func hello() {
    defer wg.Done() //计数器-1
    fmt.Println("Hello Goroutine!")
}
func main() {
    wg.Add(1)	//计数器+1
    go hello() 
    
    wg.Wait()	//等计数器变为0 才执行
    fmt.Println("main goroutine done!")
}

func并发安全 sync.Once

var loadIconsOnce sync.Once
//func()只执行一次，并发安全
loadIconsOnce.Do(func())

Map并发安全 sync.Map

var m = sync.Map{}

原子操作：sync/atomic包

性能比加锁操作更好

GPM调度系统

和java用操作系统来调度线程不同：线程由 CPU 调度是抢占式的

go语言自己实现的一套调度系统，用来调度goroutine
调度是在用户态下完成的,不需要内核态切换，内存分配，协程由用户态调度是协作式的，一个协程让出 CPU 后，才执行下一个协程。

模型

• G = goroutine
• P = 一组goroutine队列 （默认个数=物理线程数） P管理着一组G挂载在M上运行:
• M = 虚拟内核线程，一个groutine最终是要放到M上执行
  

M与内核线程一般是一一映射
P与M一般也是一一对应

协程与线程 关系是M:N

当一个G长久阻塞在一个M1上时，
runtime会新建一个M2，阻塞G所在的P 会把其他的G挂载在新建的M2上。
当旧的G阻塞完成或者认为其已经死掉时 回收旧的M1。

• P原理
  数据结构：P里面会存储当前goroutine运行的上下文环境（函数指针，堆栈地址及地址边界），
  作用：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

并发模式

go 并发相比线程同步，更推荐用channel通信

1. 线程同步

同步通信：后台线程执行后 ，主线程再退出

func main() {
    var mu sync.Mutex

    mu.Lock()
    go func(){
        fmt.Println("你好, 世界")
        mu.Unlock()
    }()

    mu.Lock()
}

扩展到N个线程完成后，再进行下一步

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    // 开N个后台打印线程
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)

        go func() {
        	defer wg.Done()
            fmt.Println("你好, 世界")
        }()
    }

    // 等待N个后台线程完成
    wg.Wait()
}

2. 消息传递

同步通信：后台线程执行后 ，主线程再退出

func main() {
    done := make(chan int, 1) // 带缓存的管道

    go func(){
        fmt.Println("你好, 世界")
        done <- 1
    }()

    <-done
}

扩展到N个线程完成后，再进行下一步

func main() {
    done := make(chan int, 10) // 带 10 个缓存

    // 开N个后台打印线程
    for i := 0; i < cap(done); i++ {
        go func(){
            fmt.Println("你好, 世界")
            done <- 1
        }()
    }

    // 等待N个后台线程完成
    for i := 0; i < cap(done); i++ {
        <-done
    }
}

生产者消费者

Go语言实现生产者消费者并发很简单：

1. 创建1个channel做成果队列
2. 生产者 并发 发送数据到 channel
3. 消费者 并发 从channel接收数据

当成果队列中没有数据时，消费者就进入饥饿的等待中；
而当成果队列中数据已满时，生产者则面临因产品挤压导致CPU被剥夺的下岗

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