學(xué)習(xí)golang滔驶，必然繞不開并行與并發(fā)這樣的概念遇革，作為golang的一大賣點(diǎn)，輕量級的協(xié)程應(yīng)該是我們要理解的揭糕，包括他的調(diào)度萝快。
而且，雖然golang的goroutine輕量級著角，方便大量創(chuàng)建揪漩，但是在高度并發(fā)的情況下，也會出現(xiàn)一些問題吏口。
Goroutine & Scheduler
首先奄容，通常我們會把golang的goroutine簡單的理解為coroutine（協(xié)程），但是實(shí)際上兩者是有差別的产徊，現(xiàn)在主流的線程模型分為3種：內(nèi)核級線程模型昂勒，用戶級線程模型，和兩級線程模型（也稱為混合線程模型）舟铜。
傳統(tǒng)的協(xié)程屬于用戶級線程模型戈盈，而goroutine和他的go scheduler在底層實(shí)現(xiàn)上實(shí)際上屬于兩級線程模型。
所以兩者實(shí)際是有區(qū)別的谆刨。
線程那些事兒
? 互聯(lián)網(wǎng)時代以降塘娶，由于在線用戶數(shù)量的爆炸归斤，單臺服務(wù)器處理的連接也水漲船高，迫使編程模式由從前的串行模式升級到并發(fā)模型血柳，而幾十年來官册，并發(fā)模型也是一代代地升級，有IO多路復(fù)用难捌、多進(jìn)程以及多線程膝宁，這幾種模型都各有長短，現(xiàn)代復(fù)雜的高并發(fā)架構(gòu)大多是幾種模型協(xié)同使用根吁，不同場景應(yīng)用不同模型员淫，揚(yáng)長避短，發(fā)揮服務(wù)器的最大性能击敌，而多線程介返，因?yàn)槠漭p量和易用，成為并發(fā)編程中使用頻率最高的并發(fā)模型沃斤，而后衍生的協(xié)程等其他子產(chǎn)品圣蝎，也都基于它，而我們今天要分析的 goroutine 也是基于線程衡瓶，因此徘公，我們先來聊聊線程的三大模型：
3種模型分別為：
內(nèi)核級線程模型，用戶級線程模型和兩級線程模型哮针，他們之間最大的區(qū)別就在于用戶線程與內(nèi)核調(diào)度實(shí)體（kernel Schedule Entry）的對應(yīng)關(guān)系上关面，而所謂的KSE其實(shí)就是指可以被操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度器調(diào)度的對象實(shí)體，其實(shí)就是內(nèi)核級線程十厢，是操作系統(tǒng)內(nèi)核的最小調(diào)度單元等太，也就是我們寫代碼時常說的線程。
Kernel Schedule Entry
首先蛮放，說一下缩抡，什么是KSE？
linux內(nèi)核中實(shí)際沒有線程的概念包颁，linux中的線程缝其，實(shí)際是一種輕量級的進(jìn)程，而進(jìn)程與線程都是KSE徘六。
用戶級線程
用戶級線程中，用戶線程與KSE是N對1的模式榴都，也就是說待锈，所有的用戶線程是在一個進(jìn)程中與一個KSE動態(tài)綁定的，而調(diào)度則都是通過用戶自己的調(diào)度器實(shí)現(xiàn)嘴高，比如說：python的gevent協(xié)程庫就是通過這種方式來實(shí)現(xiàn)的竿音。
而這種實(shí)現(xiàn)有什么好處呢和屎？
所有的行為都在用戶層面解決，CPU對于整個過程是無感的春瞬，避免了用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)來回切換導(dǎo)致的性能消耗柴信。
而他的缺點(diǎn)也很明顯：
其實(shí)這種方式?jīng)]法做到真正意義上的并發(fā)：因?yàn)橛脩舻淖哉{(diào)度不存在cpu時鐘中斷和輪轉(zhuǎn)調(diào)度，所以宽气，如果一旦一個用戶線程得到了阻塞調(diào)用随常，所有的用戶線程都會被阻塞。
所以許多這樣實(shí)現(xiàn)的協(xié)程庫將阻塞的行為封裝成非阻塞的行為從而避免這樣的事情萄涯。
內(nèi)核級線程
內(nèi)核級線程中绪氛，用戶線程與KSE是一一對應(yīng)的。而且用戶線程的調(diào)度是交給cpu調(diào)度的涝影。
優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)簡單枣察，直接借助操作系統(tǒng)內(nèi)核的線程以及調(diào)度器，所以CPU可以快速切換調(diào)度線程燃逻，于是多個線程可以同時運(yùn)行序目，因此相較于用戶級線程模型它真正做到了并行處理；但它的劣勢是伯襟，由于直接借助了操作系統(tǒng)內(nèi)核來創(chuàng)建猿涨、銷毀和以及多個線程之間的上下文切換和調(diào)度，因此資源成本大幅上漲逗旁，且對性能影響很大嘿辟。
兩級線程模型
兩級線程模型中，用戶線程與KSE是N對M的關(guān)系片效。
兩級線程模型是根據(jù)前兩個模型綜合而來红伦，既不是完全依賴用戶自調(diào)度，也不是完全依賴cpu調(diào)度淀衣。
所有的用戶線程都會動態(tài)綁定到一個KSE上昙读，然后一旦這個KSE因?yàn)樽枞灰瞥鯿pu時，用戶線程可以繼續(xù)與其他的KSE綁定膨桥。
所以蛮浑，兩級線程模型的調(diào)度是一種中間態(tài)的調(diào)度。即：用戶調(diào)度器實(shí)現(xiàn)從用戶線程到KSE的調(diào)度只嚣，內(nèi)核調(diào)度器實(shí)現(xiàn)從KSE到CPU的調(diào)度沮稚。
G-P-M模型
一般的，對于一個OS線程來說册舞，都會有一個固定大小的內(nèi)存塊（2MB）來做棧儲存上下文信息蕴掏，2MB的大小就顯得十分不靈活，對于簡單的任務(wù)，2MB太浪費(fèi)資源盛杰，但對于復(fù)雜的任務(wù)挽荡，2MB又太小了，于是goroutine自己實(shí)現(xiàn)了自己的線程即供。
每個goroutine都有自己的棧定拟，并且采取了動態(tài)擴(kuò)容的方法，初始僅分配2kb的大小逗嫡，并且不斷的動態(tài)擴(kuò)容青自，同時也會有GC來對棧的內(nèi)存進(jìn)行收縮。
任何用戶線程最終肯定都是要交由OS線程來執(zhí)行的祸穷，goroutine（稱為G）也不例外性穿，但是G并不直接綁定OS線程運(yùn)行，而是由Goroutine Scheduler中的 P - Logical Processor （邏輯處理器）來作為兩者的『中介』雷滚，P可以看作是一個抽象的資源或者一個上下文需曾，一個P綁定一個OS線程，在golang的實(shí)現(xiàn)里把OS線程抽象成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：M祈远，G實(shí)際上是由M通過P來進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行的呆万，但是在G的層面來看，P提供了G運(yùn)行所需的一切資源和環(huán)境车份，因此在G看來P就是運(yùn)行它的 “CPU”谋减，由 G、P扫沼、M 這三種由Go抽象出來的實(shí)現(xiàn)出爹，最終形成了Go調(diào)度器的基本結(jié)構(gòu)：
- G: 表示Goroutine，每個Goroutine對應(yīng)一個G結(jié)構(gòu)體缎除，G存儲Goroutine的運(yùn)行堆棧严就、狀態(tài)以及任務(wù)函數(shù)，可重用器罐。G并非執(zhí)行體梢为，每個G需要綁定到P才能被調(diào)度執(zhí)行。
- P: Processor轰坊，表示邏輯處理器铸董， 對G來說，P相當(dāng)于CPU核肴沫，G只有綁定到P(在P的local runq中)才能被調(diào)度粟害。對M來說，P提供了相關(guān)的執(zhí)行環(huán)境(Context)颤芬，如內(nèi)存分配狀態(tài)(mcache)我磁，任務(wù)隊(duì)列(G)等孽文，P的數(shù)量決定了系統(tǒng)內(nèi)最大可并行的G的數(shù)量（前提：物理CPU核數(shù) >= P的數(shù)量），P的數(shù)量由用戶設(shè)置的GOMAXPROCS決定夺艰，但是不論GOMAXPROCS設(shè)置為多大，P的數(shù)量最大為256沉衣。
- M: Machine郁副，OS線程抽象，代表著真正執(zhí)行計(jì)算的資源豌习，在綁定有效的P后存谎，進(jìn)入schedule循環(huán)；而schedule循環(huán)的機(jī)制大致是從Global隊(duì)列肥隆、P的Local隊(duì)列以及wait隊(duì)列中獲取G既荚，切換到G的執(zhí)行棧上并執(zhí)行G的函數(shù)，調(diào)用goexit做清理工作并回到M栋艳，如此反復(fù)恰聘。M并不保留G狀態(tài)，這是G可以跨M調(diào)度的基礎(chǔ)吸占，M的數(shù)量是不定的晴叨，由Go Runtime調(diào)整，為了防止創(chuàng)建過多OS線程導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)度不過來矾屯，目前默認(rèn)最大限制為10000個兼蕊。
G-P-M模型調(diào)度
Go調(diào)度器工作時會維護(hù)兩種用來保存G的任務(wù)隊(duì)列：一種是一個Global任務(wù)隊(duì)列，一種是每個P維護(hù)的Local任務(wù)隊(duì)列件蚕。
當(dāng)通過go關(guān)鍵字創(chuàng)建一個新的goroutine的時候孙技，它會優(yōu)先被放入P的本地隊(duì)列。為了運(yùn)行g(shù)oroutine排作，M需要持有（綁定）一個P牵啦，接著M會啟動一個OS線程，循環(huán)從P的本地隊(duì)列里取出一個goroutine并執(zhí)行纽绍。當(dāng)然還有上文提及的 work-stealing調(diào)度算法：當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的Local隊(duì)列里的所有G后蕾久，P也不會就這么在那躺尸啥都不干，它會先嘗試從Global隊(duì)列尋找G來執(zhí)行拌夏，如果Global隊(duì)列為空僧著，它會隨機(jī)挑選另外一個P，從它的隊(duì)列里中拿走一半的G到自己的隊(duì)列中執(zhí)行障簿。
