一、Go語(yǔ)言中Goroutine的基本原理

Go語(yǔ)言里的并發(fā)指的是能讓某個(gè)函數(shù)獨(dú)立于其他函數(shù)運(yùn)行的能力。

Go語(yǔ)言的goroutine是一個(gè)獨(dú)立的工作單元，

Go 語(yǔ)言的并發(fā)同步模型來(lái)自一個(gè)叫作通信順序進(jìn)程（Communicating Sequential Processes，CSP）的范型（paradigm）。

CSP 是一種消息傳遞模型，通過(guò)在goroutine 之間傳遞數(shù)據(jù)來(lái)傳遞消息，而不是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)同步訪問(wèn)。消息的傳遞通過(guò)Go語(yǔ)言中的Channel（通道）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)程(process) 看作一個(gè)包含了應(yīng)用程序在運(yùn)行中需要用到和維護(hù)的各種資源的容器。

線程(Thread)是一個(gè)執(zhí)行空間，這個(gè)空間會(huì)被操作系統(tǒng)調(diào)度來(lái)運(yùn)行函數(shù)中所寫的代碼。

每個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)線程，每個(gè)進(jìn)程的初始線程被稱作主線程。因?yàn)閳?zhí)行這個(gè)線程的空間是應(yīng)用程序的本身的空間，所以當(dāng)主線程終止時(shí)，應(yīng)用程序也會(huì)終止。

下圖就是進(jìn)程和線程的簡(jiǎn)要關(guān)系。

補(bǔ)充：句柄是什么？

我的理解句柄就是給用戶操作內(nèi)核資源的指針，指向指針的指針?！景咽帧亢汀鹃T】的關(guān)系，使用們把手能轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)門（系統(tǒng)資源）

操作系統(tǒng)會(huì)在物理處理器上調(diào)度線程來(lái)運(yùn)行，而Go 語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)會(huì)在邏輯處理器上調(diào)度goroutine來(lái)運(yùn)行。每個(gè)邏輯處理器都分別綁定到單個(gè)操作系統(tǒng)線程。下面我們就來(lái)簡(jiǎn)單描述一下goroutine執(zhí)行的流程。

首先來(lái)了解一下操作系統(tǒng)線程、邏輯處理器和本地運(yùn)行隊(duì)列

全局運(yùn)行隊(duì)列：剛創(chuàng)建的goruntine會(huì)被安排到這里面，通過(guò)一些調(diào)度算法，分配給邏輯處理器

操作系統(tǒng)線程：這個(gè)就是傳統(tǒng)意義上的線程，用于具體goroutine的執(zhí)行，他會(huì)和一個(gè)邏輯器進(jìn)行綁定

邏輯處理器：里面維護(hù)著一個(gè)本地的隊(duì)列，用于本地隊(duì)列里面goroutine的調(diào)度

本地運(yùn)行隊(duì)列：裝載著待執(zhí)行的goruntine

支撐整個(gè)調(diào)度器的主要有4個(gè)重要結(jié)構(gòu)，分別是M、G、P、Sched，前三個(gè)定義在runtime.h中，Sched定義在proc.c中。

• Sched結(jié)構(gòu)就是調(diào)度器，它維護(hù)有存儲(chǔ)M和G的隊(duì)列以及調(diào)度器的一些狀態(tài)信息等。
• M代表內(nèi)核級(jí)線程，一個(gè)M就是一個(gè)線程，goroutine就是跑在M之上的；M是一個(gè)很大的結(jié)構(gòu)，里面維護(hù)小對(duì)象內(nèi)存cache（mcache）、當(dāng)前執(zhí)行的goroutine、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等等非常多的信息。
• P全稱是Processor，處理器，它的主要用途就是用來(lái)執(zhí)行g(shù)oroutine的，所以它也維護(hù)了一個(gè)goroutine隊(duì)列，里面存儲(chǔ)了所有需要它來(lái)執(zhí)行的goroutine，這個(gè)P的角色可能有一點(diǎn)讓人迷惑，一開始容易和M沖突，后面重點(diǎn)聊一下它們的關(guān)系。
• G就是goroutine實(shí)現(xiàn)的核心結(jié)構(gòu)了，G維護(hù)了goroutine需要的棧、程序計(jì)數(shù)器以及它所在的M等信息。

整個(gè)過(guò)程描述：

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)Goroutine的時(shí)候，先放到全局隊(duì)列當(dāng)中，然后會(huì)把這個(gè)Goroutine分配到一個(gè)邏輯處理器的本地隊(duì)列中，這個(gè)邏輯處理器會(huì)綁定一個(gè)操作系統(tǒng)線程，由這個(gè)線程去執(zhí)行Goroutine的代碼。

生動(dòng)描述：

地鼠(gopher)用小車運(yùn)著一堆待加工的磚。M就可以看作圖中的地鼠，P就是小車，G就是小車?yán)镅b的磚。一圖勝千言啊，弄清楚了它們?nèi)叩年P(guān)系，下面我們就開始重點(diǎn)聊地鼠是如何在搬運(yùn)磚塊的。

1.runqget, 地鼠(M)試圖從自己的小車(P)取出一塊磚(G)，當(dāng)然結(jié)果可能失敗，也就是這個(gè)地鼠的小車已經(jīng)空了，沒有磚了。

2.findrunnable, 如果地鼠自己的小車中沒有磚，那也不能閑著不干活是吧，所以地鼠就會(huì)試圖跑去工場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)取一塊磚來(lái)處理；工場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)也可能沒磚啊，出現(xiàn)這種情況的時(shí)候，這個(gè)地鼠也沒有偷懶停下干活，而是悄悄跑出去，隨機(jī)盯上一個(gè)小伙伴(地鼠)，然后從它的車?yán)镌噲D偷一半磚到自己車?yán)铩Ｈ绻啻螄L試偷磚都失敗了，那說(shuō)明實(shí)在沒有磚可搬了，這個(gè)時(shí)候地鼠就會(huì)把小車還回停車場(chǎng)，然后睡覺休息了。如果地鼠睡覺了，下面的過(guò)程當(dāng)然都停止了，地鼠睡覺也就是線程sleep了。

3.wakep, 到這個(gè)過(guò)程的時(shí)候，可憐的地鼠發(fā)現(xiàn)自己小車?yán)镉泻枚啻u啊，自己根本處理不過(guò)來(lái)；再回頭一看停車場(chǎng)居然有閑置的小車，立馬跑到宿舍一看，你妹，居然還有小伙伴在睡覺，直接給屁股一腳，“你妹，居然還在睡覺，老子都快累死了，趕緊起來(lái)干活，分擔(dān)點(diǎn)工作。”，小伙伴醒了，拿上自己的小車，乖乖干活去了。有時(shí)候，可憐的地鼠跑到宿舍卻發(fā)現(xiàn)沒有在睡覺的小伙伴，于是會(huì)很失望，最后只好向工場(chǎng)老板說(shuō)——”停車場(chǎng)還有閑置的車啊，我快干不動(dòng)了，趕緊從別的工場(chǎng)借個(gè)地鼠來(lái)幫忙吧。”，最后工場(chǎng)老板就搞來(lái)一個(gè)新的地鼠干活了。

4.execute，地鼠拿著磚放入火種歡快的燒練起來(lái)。

注： “地鼠偷磚”叫work stealing，一種調(diào)度算法。

到這里，貌似整個(gè)工場(chǎng)都正常的運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)了，無(wú)懈可擊的樣子。不對(duì)，還有一個(gè)疑點(diǎn)沒解決啊，假設(shè)地鼠的車?yán)镉泻芏啻u，它把一塊磚放入火爐中后，何時(shí)把它取出來(lái)，放入第二塊磚呢？難道要一直把第一塊磚燒練好，才取出來(lái)嗎？那估計(jì)后面的磚真的是等得花兒都要謝了。這里就是要真正解決goroutine的調(diào)度，上下文切換問(wèn)題。

goroutine的阻塞

當(dāng)一個(gè)OS線程M0陷入阻塞時(shí)（如下圖)，P轉(zhuǎn)而在運(yùn)行M1，圖中的M1可能是正被創(chuàng)建，或者從線程緩存中取出。

簡(jiǎn)單解釋就是，當(dāng)當(dāng)前的Goroutine在阻塞，就把他和當(dāng)前線程綁定，讓當(dāng)前的線程繼續(xù)執(zhí)行這個(gè)Goroutine（就是等待），其他的goroutine隨著邏輯處理器被綁定到另一個(gè)線程上，繼續(xù)執(zhí)行。

當(dāng)阻塞的線程返回時(shí)，它必須嘗試取得一個(gè)邏輯處理器來(lái)運(yùn)行g(shù)oroutine，一般情況下，它會(huì)從其他的OS線程那里拿一個(gè)P過(guò)來(lái)，如果沒有拿到的話，它就把goroutine放在一個(gè)全局運(yùn)行隊(duì)列里，然后自己睡眠（放入線程緩存里）。所有的P也會(huì)周期性的檢查global runqueue并運(yùn)行其中的goroutine，否則global runqueue上的goroutine永遠(yuǎn)無(wú)法執(zhí)行。

還有就像下面的圖片，左邊的線程一個(gè)滿載狀態(tài)，一個(gè)沒有g(shù)oroutine，此時(shí)的做法就是會(huì)進(jìn)行重新分配，就想右側(cè)圖展示

參考 ：https://morsmachine.dk/go-scheduler

二、Go語(yǔ)言中的并發(fā)和并行

并發(fā)是兩個(gè)任務(wù)可以在重疊的時(shí)間段內(nèi)啟動(dòng)，運(yùn)行和完成。并行是任務(wù)在同一時(shí)間運(yùn)行，例如，在多核處理器上。

并發(fā)是獨(dú)立執(zhí)行過(guò)程的組合，而并行是同時(shí)執(zhí)行（可能相關(guān)的）計(jì)算。

并發(fā)是一次處理很多事情，并行是同時(shí)做很多事情。

• 應(yīng)用程序可以是并發(fā)的，但不是并行的，這意味著它可以同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)，但是沒有兩個(gè)任務(wù)在同一時(shí)刻執(zhí)行。
• 應(yīng)用程序可以是并行的，但不是并發(fā)的，這意味著它同時(shí)處理多核CPU中的任務(wù)的多個(gè)子任務(wù)。
• 應(yīng)用程序可以即不是并行的，也不是并發(fā)的，這意味著它一次一個(gè)地處理所有任務(wù)。
• 應(yīng)用程序可以即是并行的也是并發(fā)的，這意味著它同時(shí)在多核CPU中同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。

簡(jiǎn)單講：并行就是同時(shí)做很多事 并發(fā)就是一堆事情一個(gè)時(shí)間點(diǎn)來(lái)了，然后通過(guò)分片等方式感覺像都在執(zhí)行

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