Go 并发编程 - runtime 协程调度（三）

标签：协程队列 go Go runtime CPU

Go Runtime

Go runtime 可以形象的理解为 Go 程序运行时的环境，类似于 JVM。不同于 JVM 的是，Go 的 runtime 与业务程序直接打包在一块，是一个可执行文件，直接运行在操作系统上，效率很高。

runtime 包含了一些 Go 的一些非常核心的功能：协程调度、垃圾回收、内存分配等。本文将着重介绍协程调度(GMP 模型)。

协程调度

协程调度是指 Go 如何管理和执行协程，Go 的协程调度基于 GMP 模型。即：

G (Goroutine)：即 Go 的协程，包含了栈信息，代码指针，状态等；
M (Machine)：代表一个工作线程，由操作系统直接分配；
P (Processor)：处理器（Go 定义的一个概念，不是指 CPU），包含了协程运行的所需资源，如本地队列、全局队列、计数器等。

GMP 三者的关系：

P 的个数取决于设置的 runtime.GOMAXPROCS，默认是物理 CPU 的逻辑核心数量，比如四核八线程的 CPU，P 的数量就是 8；
M 的数量一般是多于 P 的，M 要想被 CPU 执行，必须先获取 P。没有获取 P 的 M，则处于休眠状态；
G 可以理解为代码本体，G 必须要被 P 调度进入 M，才可以被 CPU 执行；
P 包含了一个 LRQ （Local Run Queue）本地运行队列，保存着等待执行的协程（G）队列。没有被分配到 P 的 G，会被保存到 GRQ (Global Run Queue) 全局队列中，处于休眠状态。

假如主机是单逻辑 CPU 的，那么 GMP 是这样的：

红色部分表示休眠或者挂起状态，黄色代表等待执行，绿色表示正在运行。系统初始化了两个线程，但我们只有一个处理器（P）， M1 没有获取到 P，所以只能休眠。M0 当前获取到 P ，正在处理 G0, LRQ 里面目前有三个 G 在排队等待被 M 运行，GRQ 里面保存着 G4、G5、G6，表示它们还没有分配到队列中。

P 这个时候会分别对 LRQ 进行周期队列轮转和 GRO 周期性检查：

队列轮转：LRQ 中的 G 被 P 调度到 M 中执行，每个 G 执行一段时间后，就会保存其上下文并放入队列尾部，然后取出队列头部的 G 进入 M 执行。
周期性检查：P 会检查 GRQ 中是否有 G 正在等待运行，并将其放入 M 中执行，防止协程被饿死。
在队列轮转中，如果当前正在运行的 G 遇到了系统调用，那么系统就会挂起当前 M0，释放 P，M1 就会绑定释放的 P，来继续执行其他协程。

假设 G0 遇到了系统调用：

等到 M1 中所有的协程执行完或者 M1 处理某个协程也遇到了了系统调用，就会重新释放 P 给其他空闲的 M。而另外一边 G0 的系统调用结束后，就会将 M0 线程从挂起状态变成休眠状态，并将 G0 放入 GRQ，等待被 P 重新调入 LRQ 中轮转执行。

如果我们的主机具备多个逻辑 CPU，创建了多个 P，那么就会变成多个线程并行执行：

多线程同时处理时，很有可能多个 LRQ 是不均衡的。假如上图的 M0 已经执行完了，其他线程还处于繁忙状态，M0 所绑定的 P 就会去检查 GQR，GQR 中也没有 G，那么它就会去偷取其他 LRQ 一部分的 G 来执行，一般每次会偷取一半。

runtime 包

runtime.GOMAXPROCS

runtime.GOMAXPROCS() 可以用来设置 P 的数量，一般设置为和逻辑 CPU 数量相等的值：

fmt.Println(runtime.NumCPU())
runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU()) // 使用所有的逻辑 CPU

// 结果
我的主机 CPU 是16核24线程，所以会使用24个 P

runtime.Gosched

runtime.Gosched() 用于让出当前协程的运行时间片，也就是当 P 遇到它时，会先安排其他协程先执行：

func main() {
	runtime.GOMAXPROCS(1)
	go func() {
		for i := 0; i < 5; i++ {
			fmt.Println("go")
		}
	}()

	runtime.Gosched()
	fmt.Println("hello")
}


// 结果
输入结果不是固定的，有可能是
go
go
go
go
go
hello
也有可能是
go
go
go
go
hello
go
也有可能是
hello

输出第一种情况容易理解，主协程让出了时间片，理所应当先打印 Go，但是如果子协程还没有来得及被调度或者打印，就会出现其他情况。

runtime.Goexit

runtime.Goexit() 会结束当前的协程，但是 defer 语句会正常执行。此语法不能在主函数中使用，会引发 panic:

func main() {
	runtime.GOMAXPROCS(1)
	go func() {
		defer fmt.Println("defer不受影响")
		fmt.Println("我被执行了")
		runtime.Goexit()
		fmt.Println("我被跳过了")
	}()

	time.Sleep(1 * time.Second)
}

// 结果
我被执行了
defer不受影响

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