【GO面试精要】GMP并发模型、Goroutine

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-11-18 01:43 167阅读 0赞

# GMP并发模型 #

## 进程与线程与协程![goroutine][] ##

多个线程属于同一个进程并共享内存空间，线程之间的通讯基于共享的内存进行。

Go语言的调度器使用与CPU数量相等的线程来调度多个Goroutine。

### ”为什么用Go语言?“ ###

#### 进程、线程存在问题： ####

1.  CPU高消耗
    
     *  切换线程上下文需要申请、销毁资源消耗时间高
2.  内存高占用
    
     *  线程占用1M以上的内存空间

#### 协程（Goroutine）的优点： ####

1.  占用的内存更小(几kb)
    
     *  初始为2kb，如果栈空间不足则自动扩容
2.  调度更灵活(runtime调度)
    
     *  Go自己实现的调度器，创建和销毁的消耗非常小，是用户级。
3.  抢占式调度(10ms)
    
     *  编译器插入**抢占指令**，函数调用时检查当前Goroutine是否发起抢占请求
4.  1.14版本后支持基于信号的异步抢占(20ms)
    
     *  垃圾回收扫描栈时触发抢占调度
     *  解决抢占式调度因垃圾回收和循环长时间占用资源（无法执行抢占指令）导致程序暂停

## GMP并发模型 ##

### GMP ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjMyMjMwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

图-GMP

G 需要在 M 上才能运行，M 依赖 P 提供的资源，P 则持有待运行的 G，M 与 P 的数量没有绝对关系，一个 M 阻塞，P 就会去创建或者切换另一个 M，所以，即使 P 的默认数量是 1，也有可能会创建很多个 M 出来。

> G: 取 goroutine 的首字母，主要保存 goroutine 的一些状态信息以及 CPU 的一些寄存器的值
> 
> M: 取 machine 的首字母，它代表一个工作线程，或者说系统线程。G 需要调度到 M 上才能运行，M 是真正工作的人
> 
> P:取 processor 的首字母，为 M 的执行提供“上下文”，保存 M 执行 G 时的一些资源，例如本地可运行 G 队列，memeory cache 等。

### ”你了解过GMP并发模型吗?“ ###

#### GM老版调度器： ####

1.  激烈的锁竞争
    
     *  从全局队列中获取G，需要加锁
2.  局部性差
    
     *  比如当 G 中包含创建新协程的时候，M 创建了 G’，为了继续执行 G，需要把 G’交给 M’执行，也造成了很差的局部性，因为 G’和 G 是相关的，最好放在 M 上执行，而不是其他 M’。
3.  系统开销大
    
     *  系统调用 (CPU 在 M 之间的切换) 导致频繁的线程阻塞和取消阻塞操作增加了系统开销。

> M 想要执行、放回 G 都必须访问全局 G 队列，并且 M 有多个，即多线程访问同一资源需要加锁进行保证互斥 / 同步，所以全局 G 队列是有互斥锁进行保护的。  
> ![GM][]

#### GMP新版调度器（记忆图-GMP） ####

1.  解决GM老版调度器的问题
2.  M(线程):N(协程)关系
    
     *  创建 M 个线程（CPU 执行调度的单位），之后创建的 N 个 goroutine 都会依附在这 M 个线程上执行。
     *  在同一时刻，一个线程上只能跑一个 goroutine。当 goroutine 发生阻塞时，runtime 会把当前 goroutine 调度走，让其他 goroutine 来执行。
3.  任务偷取(work stealing)
    
     *  全局队列已经没有 G，那 m 就要执行 work stealing (偷取)：从其他有 G 的 P 哪里偷取一半 G 过来，放到自己的 P 本地队列
4.  让出执行权(hand off)
    
     *  某个G堵塞，线程释放绑定的P，把P转移给其它空闲线程

### “go func() 执行过程?” ###

![go func][]

1.  go关键字创建一个goroutine入队，如果本地P队列满了则入队全局G队列
2.  从P队列中队头的G交给M执行
3.  P有两个关键特性
    
    1.  work stealing
    2.  hand off

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**[查看更多Github][Github]**

[goroutine]: /images/20221022/429c3e3aa03a41f58e3ca967a261bb72.png
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[GM]: /images/20221022/6d0ad89b29b04984acfef193dfec64a0.png
[go func]: /images/20221022/3c34f53de2854350b3ed30864a1791c6.png
[Github]: https://github.com/golandscape/go-senior-engineer-interview