go语言协程的执行顺序 go协程如何实现

【golang详解】go语言GMP(GPM)原理和调度

Goroutine调度是一个很复杂的机制,下面尝试用简单的语言描述一下Goroutine调度机制,想要对其有更深入的了解可以去研读一下源码。

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首先介绍一下GMP什么意思:

G ----------- goroutine: 即Go协程,每个go关键字都会创建一个协程。

M ---------- thread内核级线程,所有的G都要放在M上才能运行。

P ----------- processor处理器,调度G到M上,其维护了一个队列,存储了所有需要它来调度的G。

Goroutine 调度器P和 OS 调度器是通过 M 结合起来的,每个 M 都代表了 1 个内核线程,OS 调度器负责把内核线程分配到 CPU 的核上执行

模型图:

避免频繁的创建、销毁线程,而是对线程的复用。

1)work stealing机制

当本线程无可运行的G时,尝试从其他线程绑定的P偷取G,而不是销毁线程。

2)hand off机制

当本线程M0因为G0进行系统调用阻塞时,线程释放绑定的P,把P转移给其他空闲的线程执行。进而某个空闲的M1获取P,继续执行P队列中剩下的G。而M0由于陷入系统调用而进被阻塞,M1接替M0的工作,只要P不空闲,就可以保证充分利用CPU。M1的来源有可能是M的缓存池,也可能是新建的。当G0系统调用结束后,根据M0是否能获取到P,将会将G0做不同的处理:

如果有空闲的P,则获取一个P,继续执行G0。

如果没有空闲的P,则将G0放入全局队列,等待被其他的P调度。然后M0将进入缓存池睡眠。

如下图

GOMAXPROCS设置P的数量,最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上同时运行

在Go中一个goroutine最多占用CPU 10ms,防止其他goroutine被饿死。

具体可以去看另一篇文章

【Golang详解】go语言调度机制 抢占式调度

当创建一个新的G之后优先加入本地队列,如果本地队列满了,会将本地队列的G移动到全局队列里面,当M执行work stealing从其他P偷不到G时,它可以从全局G队列获取G。

协程经历过程

我们创建一个协程 go func()经历过程如下图:

说明:

这里有两个存储G的队列,一个是局部调度器P的本地队列、一个是全局G队列。新创建的G会先保存在P的本地队列中,如果P的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中;处理器本地队列是一个使用数组构成的环形链表,它最多可以存储 256 个待执行任务。

G只能运行在M中,一个M必须持有一个P,M与P是1:1的关系。M会从P的本地队列弹出一个可执行状态的G来执行,如果P的本地队列为空,就会想其他的MP组合偷取一个可执行的G来执行;

一个M调度G执行的过程是一个循环机制;会一直从本地队列或全局队列中获取G

上面说到P的个数默认等于CPU核数,每个M必须持有一个P才可以执行G,一般情况下M的个数会略大于P的个数,这多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。类似线程池,Go也提供一个M的池子,需要时从池子中获取,用完放回池子,不够用时就再创建一个。

work-stealing调度算法:当M执行完了当前P的本地队列队列里的所有G后,P也不会就这么在那躺尸啥都不干,它会先尝试从全局队列队列寻找G来执行,如果全局队列为空,它会随机挑选另外一个P,从它的队列里中拿走一半的G到自己的队列中执行。

如果一切正常,调度器会以上述的那种方式顺畅地运行,但这个世界没这么美好,总有意外发生,以下分析goroutine在两种例外情况下的行为。

Go runtime会在下面的goroutine被阻塞的情况下运行另外一个goroutine:

用户态阻塞/唤醒

当goroutine因为channel操作或者network I/O而阻塞时(实际上golang已经用netpoller实现了goroutine网络I/O阻塞不会导致M被阻塞,仅阻塞G,这里仅仅是举个栗子),对应的G会被放置到某个wait队列(如channel的waitq),该G的状态由_Gruning变为_Gwaitting,而M会跳过该G尝试获取并执行下一个G,如果此时没有可运行的G供M运行,那么M将解绑P,并进入sleep状态;当阻塞的G被另一端的G2唤醒时(比如channel的可读/写通知),G被标记为,尝试加入G2所在P的runnext(runnext是线程下一个需要执行的 Goroutine。), 然后再是P的本地队列和全局队列。

系统调用阻塞

当M执行某一个G时候如果发生了阻塞操作,M会阻塞,如果当前有一些G在执行,调度器会把这个线程M从P中摘除,然后再创建一个新的操作系统的线程(如果有空闲的线程可用就复用空闲线程)来服务于这个P。当M系统调用结束时候,这个G会尝试获取一个空闲的P执行,并放入到这个P的本地队列。如果获取不到P,那么这个线程M变成休眠状态, 加入到空闲线程中,然后这个G会被放入全局队列中。

队列轮转

可见每个P维护着一个包含G的队列,不考虑G进入系统调用或IO操作的情况下,P周期性的将G调度到M中执行,执行一小段时间,将上下文保存下来,然后将G放到队列尾部,然后从队列中重新取出一个G进行调度。

除了每个P维护的G队列以外,还有一个全局的队列,每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行,全局队列中G的来源,主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列,也是为了防止全局队列中的G被饿死。

除了每个P维护的G队列以外,还有一个全局的队列,每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行,全局队列中G的来源,主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列,也是为了防止全局队列中的G被饿死。

M0

M0是启动程序后的编号为0的主线程,这个M对应的实例会在全局变量rutime.m0中,不需要在heap上分配,M0负责执行初始化操作和启动第一个G,在之后M0就和其他的M一样了

G0

G0是每次启动一个M都会第一个创建的goroutine,G0仅用于负责调度G,G0不指向任何可执行的函数,每个M都会有一个自己的G0,在调度或系统调用时会使用G0的栈空间,全局变量的G0是M0的G0

一个G由于调度被中断,此后如何恢复?

中断的时候将寄存器里的栈信息,保存到自己的G对象里面。当再次轮到自己执行时,将自己保存的栈信息复制到寄存器里面,这样就接着上次之后运行了。

我这里只是根据自己的理解进行了简单的介绍,想要详细了解有关GMP的底层原理可以去看Go调度器 G-P-M 模型的设计者的文档或直接看源码

参考: ()

()

GO语言学习系列八——GO函数(func)的声明与使用

GO是编译性语言,所以函数的顺序是无关紧要的,为了方便阅读,建议入口函数 main 写在最前面,其余函数按照功能需要进行排列

GO的函数 不支持嵌套,重载和默认参数

GO的函数 支持 无需声明变量,可变长度,多返回值,匿名,闭包等

GO的函数用 func 来声明,且左大括号 { 不能另起一行

一个简单的示例:

输出为:

参数:可以传0个或多个值来供自己用

返回:通过用 return 来进行返回

输出为:

上面就是一个典型的多参数传递与多返回值

对例子的说明:

按值传递:是对某个变量进行复制,不能更改原变量的值

引用传递:相当于按指针传递,可以同时改变原来的值,并且消耗的内存会更少,只有4或8个字节的消耗

在上例中,返回值 (d int, e int, f int) { 是进行了命名,如果不想命名可以写成 (int,int,int){ ,返回的结果都是一样的,但要注意:

当返回了多个值,我们某些变量不想要,或实际用不到,我们可以使用 _ 来补位,例如上例的返回我们可以写成 d,_,f := test(a,b,c) ,我们不想要中间的返回值,可以以这种形式来舍弃掉

在参数后面以 变量 ... type 这种形式的,我们就要以判断出这是一个可变长度的参数

输出为:

在上例中, strs ...string 中, strs 的实际值是b,c,d,e,这就是一个最简单的传递可变长度的参数的例子,更多一些演变的形式,都非常类似

在GO中 defer 关键字非常重要,相当于面相对像中的析构函数,也就是在某个函数执行完成后,GO会自动这个;

如果在多层循环中函数里,都定义了 defer ,那么它的执行顺序是先进后出;

当某个函数出现严重错误时, defer 也会被调用

输出为

这是一个最简单的测试了,当然还有更复杂的调用,比如调试程序时,判断是哪个函数出了问题,完全可以根据 defer 打印出来的内容来进行判断,非常快速,这种留给你们去实现

一个函数在函数体内自己调用自己我们称之为递归函数,在做递归调用时,经常会将内存给占满,这是非常要注意的,常用的比如,快速排序就是用的递归调用

本篇重点介绍了GO函数(func)的声明与使用,下一篇将介绍GO的结构 struct

Go语言设计与实现(上)

基本设计思路:

类型转换、类型断言、动态派发。iface,eface。

反射对象具有的方法:

编译优化:

内部实现:

实现 Context 接口有以下几个类型(空实现就忽略了):

互斥锁的控制逻辑:

设计思路:

(以上为写被读阻塞,下面是读被写阻塞)

总结,读写锁的设计还是非常巧妙的:

设计思路:

WaitGroup 有三个暴露的函数:

部件:

设计思路:

结构:

Once 只暴露了一个方法:

实现:

三个关键点:

细节:

让多协程任务的开始执行时间可控(按顺序或归一)。(Context 是控制结束时间)

设计思路: 通过一个锁和内置的 notifyList 队列实现,Wait() 会生成票据,并将等待协程信息加入链表中,等待控制协程中发送信号通知一个(Signal())或所有(Boardcast())等待者(内部实现是通过票据通知的)来控制协程解除阻塞。

暴露四个函数:

实现细节:

部件:

包: golang.org/x/sync/errgroup

作用:开启 func() error 函数签名的协程,在同 Group 下协程并发执行过程并收集首次 err 错误。通过 Context 的传入,还可以控制在首次 err 出现时就终止组内各协程。

设计思路:

结构:

暴露的方法:

实现细节:

注意问题:

包: "golang.org/x/sync/semaphore"

作用:排队借资源(如钱,有借有还)的一种场景。此包相当于对底层信号量的一种暴露。

设计思路:有一定数量的资源 Weight,每一个 waiter 携带一个 channel 和要借的数量 n。通过队列排队执行借贷。

结构:

暴露方法:

细节:

部件:

细节:

包: "golang.org/x/sync/singleflight"

作用:防击穿。瞬时的相同请求只调用一次,response 被所有相同请求共享。

设计思路:按请求的 key 分组(一个 *call 是一个组,用 map 映射存储组),每个组只进行一次访问,组内每个协程会获得对应结果的一个拷贝。

结构:

逻辑:

细节:

部件:

如有错误,请批评指正。

go语言并发入门编程,我的子协程为什么不会执行?

一开始你只有一个主协程,如果子协程不启动,即便主协程让出了时间片,也没有可运行的子协程啊。交换顺序就是起到了先启动子协程的作用。

golang协程调度模式解密

golang学习笔记

频繁创建线程会造成不必要的开销,所以才有了线程池。在线程池中预先保存一定数量的线程,新任务发布到任务队列,线程池中的线程不断地从任务队列中取出任务并执行,可以有效的减少创建和销毁带来的开销。

过多的线程会导致争抢cpu资源,且上下文的切换的开销变大。而工作在用户态的协程能大大减少上下文切换的开销。协程调度器把可运行的协程逐个调度到线程中执行,同时即时把阻塞的协程调度出协程,从而有效地避免了线程的频繁切换,达到了少量线程实现高并发的效果。

多个协程分享操作系统分给线程的时间片,从而达到充分利用CPU的目的,协程调度器决定了则决定了协程运行的顺序。每个线程同一时刻只能运行一个协程。

go调度模型包含三个实体:

每个处理器维护者一个协程G的队列,处理器依次将协程G调度到M中执行。

每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行,全局队列中的G主要来自系统调用中恢复的G.

如果协程发起系统调用,则整个工作线程M被阻塞,协程队列中的其他协程都会阻塞。

一般情况下M的个数会略大于P个数,多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。与线程池类似,Go也提供M池子。当协程G1发起系统掉用时,M1会释放P,由 M1-P-G1 G2 ... 转变成 M1-G1 , M2会接管P的其他协程 M2-P-G2 G3 G4... 。

冗余的M可能来源于缓存池,也可能是新建的。

当G1结束系统调用后,根据M1是否获取到P,进行不用的处理。

多个处理P维护队列可能不均衡,导致部分处理器非常繁忙,而其余相对空闲。产生原因是有些协程自身不断地派生协程。

为此Go调度器提供了工作量窃取策略,当某个处理器P没有需要调度的协程时,将从其他处理中偷取协程,每次偷取一半。

抢占式调度,是指避免某个协程长时间执行,而阻碍其他协程被调度的机制。

调度器监控每个协程执行时间,一旦执行时间过长且有其他协程等待,会把协程暂停,转而调度等待的协程,以达到类似时间片轮转的效果。比如for循环会一直占用执行权。

在IO密集型应用,GOMAXPROCS大小设置大一些,获取性能会更好。

IO密集型会经常发生系统调用,会有一个新的M启用或创建,但由于Go调度器检测M到被阻塞有一定延迟。如果P数量多,则P管理协程队列会变小。

golang语言:for循环里面包含一个函数体的执行循序

go func是golang的协程,就像多线程,异步执行,所以,代码段1执行完3遍后,可能3次协成刚执行完。在代码段1中如果sleep一下应该就能给协程时间执行了。


当前名称:go语言协程的执行顺序 go协程如何实现
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