【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調度

Goroutine調度是一個很復雜的機制，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調度機制，想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

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首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協程，每個go關鍵字都會創建一個協程。

M ---------- thread內核級線程，所有的G都要放在M上才能運行。

P ----------- processor處理器，調度G到M上，其維護了一個隊列，存儲了所有需要它來調度的G。

Goroutine 調度器P和 OS 調度器是通過 M 結合起來的，每個 M 都代表了 1 個內核線程，OS 調度器負責把內核線程分配到 CPU 的核上執行

模型圖：

避免頻繁的創建、銷毀線程，而是對線程的復用。

1）work stealing機制

當本線程無可運行的G時，嘗試從其他線程綁定的P偷取G，而不是銷毀線程。

2）hand off機制

當本線程M0因為G0進行系統調用阻塞時，線程釋放綁定的P，把P轉移給其他空閑的線程執行。進而某個空閑的M1獲取P，繼續執行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統調用而進被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空閑，就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池，也可能是新建的。當G0系統調用結束后，根據M0是否能獲取到P，將會將G0做不同的處理：

如果有空閑的P，則獲取一個P，繼續執行G0。

如果沒有空閑的P，則將G0放入全局隊列，等待被其他的P調度。然后M0將進入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設置P的數量，最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運行

在Go中一個goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調度機制 搶占式調度

當創建一個新的G之后優先加入本地隊列，如果本地隊列滿了，會將本地隊列的G移動到全局隊列里面，當M執行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

協程經歷過程

我們創建一個協程 go func()經歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個存儲G的隊列，一個是局部調度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創建的G會先保存在P的本地隊列中，如果P的本地隊列已經滿了就會保存在全局的隊列中；處理器本地隊列是一個使用數組構成的環形鏈表，它最多可以存儲 256 個待執行任務。

G只能運行在M中，一個M必須持有一個P，M與P是1：1的關系。M會從P的本地隊列彈出一個可執行狀態的G來執行，如果P的本地隊列為空，就會想其他的MP組合偷取一個可執行的G來執行；

一個M調度G執行的過程是一個循環機制；會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G

上面說到P的個數默認等于CPU核數，每個M必須持有一個P才可以執行G，一般情況下M的個數會略大于P的個數，這多出來的M將會在G產生系統調用時發揮作用。類似線程池，Go也提供一個M的池子，需要時從池子中獲取，用完放回池子，不夠用時就再創建一個。

work-stealing調度算法：當M執行完了當前P的本地隊列隊列里的所有G后，P也不會就這么在那躺尸啥都不干，它會先嘗試從全局隊列隊列尋找G來執行，如果全局隊列為空，它會隨機挑選另外一個P，從它的隊列里中拿走一半的G到自己的隊列中執行。

如果一切正常，調度器會以上述的那種方式順暢地運行，但這個世界沒這么美好，總有意外發生，以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。

Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運行另外一個goroutine：

用戶態阻塞/喚醒

當goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時（實際上golang已經用netpoller實現了goroutine網絡I/O阻塞不會導致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個栗子），對應的G會被放置到某個wait隊列(如channel的waitq)，該G的狀態由_Gruning變為_Gwaitting，而M會跳過該G嘗試獲取并執行下一個G，如果此時沒有可運行的G供M運行，那么M將解綁P，并進入sleep狀態；當阻塞的G被另一端的G2喚醒時（比如channel的可讀/寫通知），G被標記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是線程下一個需要執行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地隊列和全局隊列。

系統調用阻塞

當M執行某一個G時候如果發生了阻塞操作，M會阻塞，如果當前有一些G在執行，調度器會把這個線程M從P中摘除，然后再創建一個新的操作系統的線程(如果有空閑的線程可用就復用空閑線程)來服務于這個P。當M系統調用結束時候，這個G會嘗試獲取一個空閑的P執行，并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P，那么這個線程M變成休眠狀態， 加入到空閑線程中，然后這個G會被放入全局隊列中。

隊列輪轉

可見每個P維護著一個包含G的隊列，不考慮G進入系統調用或IO操作的情況下，P周期性的將G調度到M中執行，執行一小段時間，將上下文保存下來，然后將G放到隊列尾部，然后從隊列中重新取出一個G進行調度。

除了每個P維護的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調度到M中執行，全局隊列中G的來源，主要有從系統調用中恢復的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

除了每個P維護的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調度到M中執行，全局隊列中G的來源，主要有從系統調用中恢復的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

M0

M0是啟動程序后的編號為0的主線程，這個M對應的實例會在全局變量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負責執行初始化操作和啟動第一個G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動一個M都會第一個創建的goroutine，G0僅用于負責調度G，G0不指向任何可執行的函數，每個M都會有一個自己的G0，在調度或系統調用時會使用G0的棧空間，全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調度被中斷，此后如何恢復？

中斷的時候將寄存器里的棧信息，保存到自己的G對象里面。當再次輪到自己執行時，將自己保存的棧信息復制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運行了。

我這里只是根據自己的理解進行了簡單的介紹，想要詳細了解有關GMP的底層原理可以去看Go調度器 G-P-M 模型的設計者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

Go 語言 channel 的阻塞問題

Hello，大家好，又見面了！上一遍我們將 channel 相關基礎以及使用場景。這一篇，還需要再次進階理解channel 阻塞問題。以下創建一個chan類型為int，cap 為3。

channel 內部其實是一個環形buf數據結構 ，是一種滑動窗口機制，當make完后，就分配在 Heap 上。

上面，向 chan 發送一條“hello”數據：

如果 G1 發送數據超過指定cap時，會出現什么情況？

看下面實例：

以上會出現什么，chan 緩沖區允許大小為1，如果再往chan仍數據，滿了就會被阻塞，那么是如何實現阻塞的呢？當 chan 滿時，會進入 gopark，此時 G1 進入一個 waiting 狀態，然后會創建一個 sudog 對象，其實就sendq隊列，把 200放進去。等 buf 不滿的時候，再喚醒放入buf里面。

通過如下源碼，你會更加清晰：

上面，從 chan 獲取數據：

Go 語言核心思想：“Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.” 你可以看看這本書名叫：Effective Go

如果接收者，接收一個空對象，也會發生什么情況？

代碼示例 ：

也會報錯如下：

上面，從 chan 取出數據，可是沒有數據了。此時，它會把 接收者 G2 阻塞掉，也是和G1發送者一樣，也會執行 gopark 將狀態改為 waiting，不一樣的點就是。

正常情況下，接收者G2作為取出數據是去 buf 讀取數據的，但現在，buf 為空了，此時，接收者G2會將sudog導出來，因為現在G2已經被阻塞了嘛，會把G2給G，然后將 t := -ch 中變量 t 是在棧上的地址，放進去 elem ，也就是說，只存它的地址指針在sudog里面。

最后， ch - 200 當G1往 chan 添加200這個數據，正常情況是將數據添加到buf里面，然后喚醒 G2 是吧，而現在是將 G1 的添加200數據直接干到剛才G2阻塞的t這里變量里面。

你會認為，這樣真的可以嗎？想一想，G2 本來就是已經阻塞了，然后我們直接這么干肯定沒有什么毛病，而且效率提高了，不需要再次放入buf再取出，這個過程也是需要時間。不然，不得往chan添加數據需要加鎖、拷貝、解鎖一序列操作，那肯定就慢了，我想Go語言是為了高效及內存使用率的考慮這樣設計的。（注意，一般都是在runtime里面完成，不然會出現象安全問題。）

總結 ：

chan 類型的特點：chan 如果為空，receiver 接收數據的時候就會阻塞等待，直到 chan 被關閉或者有新的數據到來。有這種個機制，就可以實現 wait/notify 的設計模式。

相關面試題：

go語言無緩沖的channel

無緩沖的通道（unbuffered channel）是指在接收前沒有能力保存任何值的通道。

這種類型的通道要求發送goroutine和接收goroutine同時準備好，才能完成發送和接收操作。否則，通道會導致先執行發送或接收操作的 goroutine 阻塞等待。

這種對通道進行發送和接收的交互行為本身就是同步的。其中任意一個操作都無法離開另一個操作單獨存在。

阻塞：由于某種原因數據沒有到達，當前協程（線程）持續處于等待狀態，直到條件滿足，才接觸阻塞。

同步：在兩個或多個協程（線程）間，保持數據內容一致性的機制。

下圖展示兩個 goroutine 如何利用無緩沖的通道來共享一個值：

在第 1 步，兩個 goroutine 都到達通道，但哪個都沒有開始執行發送或者接收。

在第 2 步，左側的 goroutine 將它的手伸進了通道，這模擬了向通道發送數據的行為。這時，這個 goroutine 會在通道中被鎖住，直到交換完成。

在第 3 步，右側的 goroutine 將它的手放入通道，這模擬了從通道里接收數據。這個 goroutine 一樣也會在通道中被鎖住，直到交換完成。

在第 4 步和第 5 步，進行交換，并最終，在第 6 步，兩個 goroutine 都將它們的手從通道里拿出來，這模擬了被鎖住的 goroutine 得到釋放。兩個 goroutine 現在都可以去做別的事情了。

如果沒有指定緩沖區容量，那么該通道就是同步的，因此會阻塞到發送者準備好發送和接收者準備好接收。

無緩沖channel： —— 同步通信

Golang的channel阻塞與goroutine執行問題

$sth-execute();

$result = $sth-fetchAll();

print_r($result);

$dsn=null;

} catch (PDOException $e) {

echo 'Connection failed: ' . $e-getMessage();

$dsn=null;

新聞標題：go語言模擬阻塞調用 go 阻塞
本文鏈接：http://vcdvsql.cn/article42/hehphc.html

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