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Goroutine

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前言

Goroutine是很重要的，接触了Go语言，使用这个语言越多，越发现这门语言跟c语言很像：平坦的内存，指针，翻译机器指令等等。

Go的runtime提供了一些基本的操作系统抽象，goroutine对应进程，channel对应进程间通信，另外Go有自己的虚拟内存管理，所以如果用Go来编写内核，进程调度和内存管理这些繁琐的东西就直接可以用现成的了，那么因此是不是可以实现 cubos-go

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，这一切通常会耗费程序员大量的心智。那么能不能有一种机制，程序员只需要定义很多个任务，让系统去帮助我们把这些任务分配到CPU上实现并发执行呢？

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。

在Go语言编程中你不需要去自己写进程、线程、协程，你的技能包里只有一个技能–goroutine，当你需要让某个任务并发执行的时候，你只需要把这个任务包装成一个函数，开启一个goroutine去执行这个函数就可以了.

协程和管道

先看一个需求,统计1~900000000000中有哪些素数

传统方法：使用一个循环，判断哪些数是素数

使用并发或并行的方式，==将统计素数的任务分配个多个goroution完成==(速度最少提高四倍，分配给四个CPU)

#进程

在学习goroutine中我们需要熟悉下操作系统的进程

  1. 进程：进程就是程序在操作系统中的一次执行过程，是系统进行资源调度和分配的基本单位

  2. 线程：线程是进程的一个执行实例，是程序执行的一个最小单位，它是比进程跟小能够独立完成的基本单位。

比如打开网盘，此时打开网盘是一个进程，如果我们在网盘中下载多个视频，此时下载就叫做线程，线程吃的资源更小

一个进程可以创建或者销毁多个线程，同一个进程中的多个线程可以==并发==进行

一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程

🖱️点击进入操作系统的并发学习

#Go语言协程和Go主线程

Go语言主线程（也称为线程，也可以理解为进程），一个Go语言线程上可以起多个协程，协程是轻量级的线程

编译器优化

Go语言协程特点（重要）：

  • 有独立的栈空间
  • 共享程序堆空间
  • 调度由用户控制
  • 协程是轻量级的线程

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使用goroutine

Go语言中使用goroutine非常简单，只需要在调用函数的时候在前面加上go关键字，就可以为一个函数创建一个goroutine。

一个goroutine必定对应一个函数，可以创建多个goroutine去执行相同的函数。

启动单个goroutine

启动goroutine的方式非常简单，只需要在调用的函数（普通函数和匿名函数）前面加上一个go关键字。

举个例子如下：

func hello() {
    fmt.Println("Hello Goroutine!")
}
func main() {
    hello()
    fmt.Println("main goroutine done!")
}

这个示例中hello函数和下面的语句是串行的，执行的结果是打印完Hello Goroutine!后打印main goroutine done!。

接下来我们在调用hello函数前面加上关键字go，也就是启动一个goroutine去执行hello这个函数。

func hello() {
    fmt.Println("Hello Goroutine!")
}
func main() {
    go hello() // 启动另外一个goroutine去执行hello函数
    fmt.Println("main goroutine done!")
}

这一次的执行结果只打印了main goroutine done!，并没有打印Hello Goroutine!。为什么呢？

📜 对上面的解释：

在程序启动时，Go程序就会为main()函数创建一个默认的goroutine。

当main()函数返回的时候该goroutine就结束了，所有在main()函数中启动的goroutine会一同结束.

所以我们要想办法让main函数等一等hello函数，最简单粗暴的方式就是time.Sleep了。

func hello() {
    fmt.Println("Hello Goroutine!")
}
func main() {
    go hello() // 启动另外一个goroutine去执行hello函数
    fmt.Println("main goroutine done!")
    time.Sleep(time.Second)
}

执行上面的代码你会发现，这一次先打印main goroutine done!，然后紧接着打印Hello Goroutine!。

首先为什么会先打印main goroutine done!是因为我们在创建新的goroutine的时候需要花费一些时间，而此时main函数所在的goroutine是继续执行的。

启动多个goroutine

在Go语言中实现并发就是这样简单，我们还可以启动多个goroutine。让我们再来一个例子： （这里使用了sync.WaitGroup来实现goroutine的同步）

var wg sync.WaitGroup

func hello(i int) {
    defer wg.Done() // goroutine结束就登记-1
    fmt.Println("Hello Goroutine!", i)
}

func main() {

    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1) // 启动一个goroutine就登记+1
        go hello(i)   //这个岂不是启动了十次
    }
    wg.Wait() // 等待所有登记的goroutine都结束
}

多次执行上面的代码，会发现每次打印的数字的顺序都不一致。这是因为10个goroutine是并发执行的，而goroutine的调度是随机的。

注意

  • 如果主协程退出了，其他任务还执行吗（运行下面的代码测试一下吧）
package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    // 合起来写
    go func() {
        i := 0
        for {
            i++
            fmt.Printf("new goroutine: i = %d\n", i)
            time.Sleep(time.Second)
        }
    }()
    i := 0
    for {
        i++
        fmt.Printf("main goroutine: i = %d\n", i)
        time.Sleep(time.Second)
        if i == 2 {
            break
        }
    }
}

goroutine与线程

可增长的栈

OS线程（操作系统线程）一般都有固定的栈内存（通常为2MB），一个goroutine的栈在其生命周期开始时只有很小的栈（典型情况下2KB），goroutine的栈不是固定的，他可以按需增大和缩小，goroutine的栈大小限制可以达到1GB，虽然极少会用到这个大。所以在Go语言中一次创建十万左右的goroutine也是可以的。

goroutine调度

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

  • G很好理解，就是个goroutine的，里面除了存放本goroutine信息外 还有与所在P的绑定等信息。
  • P管理着一组goroutine队列，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），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）对操作系统内核线程的虚拟， 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；

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，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。

P的个数是通过runtime.GOMAXPROCS设定（最大256），Go1.5版本之后默认为物理线程数。 在并发量大的时候会增加一些P和M，但不会太多，切换太频繁的话得不偿失。

单从线程调度讲，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）。 其一大特点是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。

END 链接