順序執(zhí)行有什么問題

很明顯，順序執(zhí)行會(huì)造成協(xié)程的饑餓問題。如果某個(gè)大協(xié)程掛在線程中運(yùn)行了十分鐘，那么隊(duì)列中其它協(xié)程就一直處于休眠中無法運(yùn)行，這不公平。如果讓某些實(shí)時(shí)性強(qiáng)的協(xié)程饑餓，得不到cpu運(yùn)行，會(huì)影響業(yè)務(wù)。比如視頻彈幕，用戶發(fā)出一條彈幕，得盡快顯示在視頻中。若此時(shí)協(xié)程饑餓，得不到處理，用戶體驗(yàn)就差了。

該如何解決呢？簡(jiǎn)單，讓大協(xié)程切換出去就可以了。

協(xié)程切換

回到線程循環(huán)這張圖中（在深入考究協(xié)程一文中有解釋），業(yè)務(wù)方法這塊即線程執(zhí)行的協(xié)程。如果業(yè)務(wù)方法運(yùn)行時(shí)間過長，則觸發(fā)協(xié)程切換。

• 對(duì)協(xié)程：保存該協(xié)程運(yùn)行的情況，然后將該協(xié)程放入本地隊(duì)列隊(duì)尾，休眠該協(xié)程。
• 對(duì)線程：從業(yè)務(wù)方法中跳出，重新執(zhí)行 schedule 方法，之后會(huì)從本地隊(duì)列中獲取一個(gè)新的協(xié)程運(yùn)行。

但這樣只是本地隊(duì)列的協(xié)程切換，全局隊(duì)列的協(xié)程仍會(huì)饑餓，該如何解決呢？

隨機(jī)抽取全局協(xié)程

在線程循環(huán)的 shedule 的 findRunnable 函數(shù)中，每隔一段時(shí)間就會(huì)從全局隊(duì)列中獲取一個(gè)協(xié)程放到本地隊(duì)列，再通過本地隊(duì)列的協(xié)程切換，使得來自全局隊(duì)列的協(xié)程有機(jī)會(huì)運(yùn)行，從而解決全局隊(duì)列協(xié)程的饑餓問題。來看下源碼：

if pp.schedtick%61 == 0 && sched.runqsize > 0 {
   lock(&sched.lock)
   gp := globrunqget(pp, 1)
   unlock(&sched.lock)
   if gp != nil {
      return gp, false, false
   }
}

pp.schedtick 表示線程循環(huán)的次數(shù)，如果達(dá)到61的倍數(shù)，就執(zhí)行 globrunqget ，從全局隊(duì)列中獲取協(xié)程。

協(xié)程如何并發(fā)執(zhí)行

從以上可得知，線程通過切換協(xié)程的方式，不再順序的執(zhí)行協(xié)程了，從而達(dá)到并發(fā)執(zhí)行協(xié)程的效果。這關(guān)鍵在于協(xié)程的切換，那協(xié)程在什么時(shí)候會(huì)切換呢？

協(xié)程切換時(shí)機(jī)

協(xié)程的切換時(shí)機(jī)如下：

• 主動(dòng)掛起，調(diào)用 gopark 函數(shù)，使協(xié)程主動(dòng)休眠等待
• 系統(tǒng)調(diào)用完成后，io操作耗時(shí)，因此切換協(xié)程
• 基于協(xié)作的搶占式調(diào)度，協(xié)程在跳轉(zhuǎn)到其它方法時(shí)，就把自己切換出去
• 基于信號(hào)的搶占式調(diào)度，通過發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)線程的調(diào)度方法

主動(dòng)掛起

協(xié)程可以調(diào)用 runtime.gopark 方法，使自己陷入休眠。

源碼如下：

// 將當(dāng)前協(xié)程置于等待狀態(tài)
func gopark(unlockf func(*g, unsafe.Pointer) bool, lock unsafe.Pointer, reason waitReason, traceEv byte, traceskip int) {
   if reason != waitReasonSleep {
      checkTimeouts() // timeouts may expire while two goroutines keep the scheduler busy
   }
   mp := acquirem()
   gp := mp.curg
   status := readgstatus(gp)
   if status != _Grunning && status != _Gscanrunning {
      throw("gopark: bad g status")
   }
   mp.waitlock = lock
   mp.waitunlockf = unlockf
   gp.waitreason = reason
   mp.waittraceev = traceEv
   mp.waittraceskip = traceskip
   releasem(mp)
   // can't do anything that might move the G between Ms here.
   mcall(park_m)
}

可以看到：

1. gopark 中通過 acquirem 獲取到當(dāng)前的線程指針mp
2. 通過mp獲取到當(dāng)前運(yùn)行的協(xié)程指針gp
3. 給mp，gp的一些字段賦值，修改狀態(tài)
4. 然后調(diào)用 mcall ， mcall 是一個(gè)匯編方法，作用時(shí)切換到g0棧，并執(zhí)行傳入的函數(shù)。這里執(zhí)行 park_m 函數(shù)，最終跳轉(zhuǎn)到 schedule 方法，也就是線程循環(huán)的開頭，實(shí)現(xiàn)了協(xié)程的主動(dòng)切換。

// park_m函數(shù)最終跳轉(zhuǎn)到schedule
func park_m(gp *g) {
   mp := getg().m
   ...
   schedule()
}

由于gopark是小寫開頭的，外部無法調(diào)用。我們?cè)谑褂?time.Sleep ， sync.WaitGroup 時(shí)，會(huì)間接的使用到gopark，將協(xié)程休眠。

系統(tǒng)調(diào)用完成后

當(dāng)協(xié)程要執(zhí)行讀寫文件、網(wǎng)絡(luò) IO、進(jìn)程間通信等系統(tǒng)調(diào)用的操作時(shí)，會(huì)進(jìn)入 entersyscall 函數(shù)，將該協(xié)程暫停并放入等待隊(duì)列。

當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用完成后，由于io操作都比較耗時(shí)，說明該協(xié)程已經(jīng)運(yùn)行了挺長一段時(shí)間了，因此將協(xié)程掛起，切換另一個(gè)協(xié)程執(zhí)行很合理。

而 exitsyscall 也位于runtime中，源碼部分如下：

func exitsyscall() {
   gp := getg()
   ...
   mcall(exitsyscall0)
   ...
}

又是熟悉的 mcall ，mcall執(zhí)行了 exitsyscall0 函數(shù)，最終跳轉(zhuǎn)到線程循環(huán)開頭的 schedule 函數(shù)，完成協(xié)程切換。

基于協(xié)作的搶占式調(diào)度

如果協(xié)程既不主動(dòng)掛起，也沒有進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用呢，那就一直切換不出去了？該怎么解決呢，如果每個(gè)協(xié)程都經(jīng)常調(diào)用同一個(gè)方法的話，那就可以在這個(gè)方法里加入一個(gè)鉤子，讓這個(gè)協(xié)程切換出去。

思路有了，具體找哪個(gè)方法呢？這里做一個(gè)演示。

package main
import (
   "fmt"
   "time"
)
func do1() {
   do2()
}
func do2() {
   do3()
}
func do3() {
   fmt.Println("do3")
}
func main() {
   go do1()
   time.Sleep(time.Hour)
}

以上代碼開啟一個(gè)do1協(xié)程，do1調(diào)用do2，do2調(diào)用do3。我們通過 go build -gcflags -S main.go 命令，查看匯編代碼，發(fā)現(xiàn)多次調(diào)用到了 runtime.morestack_noctxt 方法。在函數(shù)跳轉(zhuǎn)的時(shí)候，編譯器會(huì)插入 runtime.morestack_noctxt 這個(gè)方法。目的是檢查函數(shù)?？臻g是否足夠。 簡(jiǎn)略源碼如下：

TEXT runtime·morestack_noctxt(SB),NOSPLIT,$0
   MOVL   $0, DX
   JMP    runtime·morestack(SB)

TEXT runtime·morestack(SB),NOSPLIT|NOFRAME,$0-0
   ...
   BL runtime·newstack(SB)
   ...

最終調(diào)用到 newstack 這個(gè)go方法。

現(xiàn)在對(duì)于運(yùn)行時(shí)間超過10ms的大協(xié)程，其 g.stackguard0 會(huì)被賦值為 stackPreempt ，意味著該協(xié)程要切換出去了。

stackPreempt值為 0xfffffade

// 0xfffffade in hex.
const stackPreempt = uintptrMask & -1314

于是在 newstack 方法中會(huì)判斷 g.stackguard0 是否為 stackPreempt ，是則將該協(xié)程切換出去。

func newstack() {
        // 判斷是否有搶占信號(hào)
        preempt := stackguard0 == stackPreempt
        ...
	if preempt {
		...
		// Act like goroutine called runtime.Gosched.
		gopreempt_m(gp) // never return
	}
        ...
}

func gopreempt_m(gp *g) {
   ...
   goschedImpl(gp)
}

func goschedImpl(gp *g) {
   ...
   schedule()
}

以上流程總結(jié)來說：

• Go對(duì)大協(xié)程會(huì)把g.stackguard0標(biāo)記為stackPreempt。
• 在大協(xié)程調(diào)用其它函數(shù)時(shí)，會(huì)調(diào)用newstack判斷?？臻g，順便判斷該協(xié)程是否要切換出去。
• 要切換則進(jìn)入gopreempt_m -> goschedImpl -> schedule，最終回到線程循環(huán)的開頭。

流程圖如下：

基于信號(hào)的搶占式調(diào)度

如果協(xié)程不主動(dòng)掛起，不系統(tǒng)調(diào)用，不調(diào)用其它函數(shù)，只是純計(jì)算的任務(wù)，那該如何切換呢？如下：

go func() {
   i := 0
   for {
      i++
   }
}()

Go就利用了操作系統(tǒng)通信的方式，通過GC的線程向該協(xié)程對(duì)應(yīng)的線程發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)該線程的切換方法。具體步驟為：

• 注冊(cè) SIGURG 信號(hào)的處理函數(shù)
• GC線程工作時(shí)，向該目標(biāo)線程發(fā)送信號(hào)
• 線程接收信號(hào)后，觸發(fā)調(diào)度方法

流程圖如下：

源碼分析：

線程接收到操作系統(tǒng)信號(hào)，進(jìn)入 sighandler 方法，識(shí)別信號(hào)為SIGURG，進(jìn)入 doSigPreempt 方法。 之后流程：doSigPreempt -> asyncPreempt -> asyncPreempt2 -> mcall -> gopreempt_m -> goschedImpl。 最終調(diào)用schedule方法，回到線程開頭，完成協(xié)程切換。

具體細(xì)節(jié)各位可以動(dòng)手查看下，感悟更多。

總結(jié)

要使協(xié)程并發(fā)執(zhí)行，那各個(gè)線程就不能順序的執(zhí)行協(xié)程，得選擇合適的時(shí)機(jī)將協(xié)程切換出去，換另一個(gè)協(xié)程執(zhí)行。因此切換時(shí)機(jī)就特別重要了，所以本篇重點(diǎn)講解了四種切換方式，分別為：

• 協(xié)程主動(dòng)掛起，調(diào)用 gopark 函數(shù)，使協(xié)程主動(dòng)休眠等待
• 系統(tǒng)調(diào)用完成后，由于io操作挺耗時(shí)，代表該協(xié)程運(yùn)行太久了，因此切換協(xié)程
• 基于協(xié)作的搶占式調(diào)度，協(xié)程運(yùn)行超10ms，就標(biāo)記為搶占。這時(shí)協(xié)程在跳轉(zhuǎn)到其它方法時(shí)，就把自己切換出去
• 基于信號(hào)的搶占式調(diào)度，協(xié)程純自閉，得外部干擾。因此通過GC線程發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)線程的調(diào)度方法

以上就是詳解Go如何實(shí)現(xiàn)協(xié)程并發(fā)執(zhí)行的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Go協(xié)程并發(fā)執(zhí)行的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評(píng)論