Goroutine是Go里的一種輕量級線程——協(xié)程催享。相對線程，協(xié)程的優(yōu)勢就在于它非常輕量級茎刚，進行上下文切換的代價非常的小譬正。對于一個goroutine ,每個結構體G中有一個sched的屬性就是用來保存它上下文的草穆。這樣，goroutine 就可以很輕易的來回切換。由于其上下文切換在用戶態(tài)下發(fā)生，根本不必進入內核態(tài)雕崩，所以速度很快。而且只有當前goroutine 的 PC, SP等少量信息需要保存波俄。
在Go語言中晨逝，每一個并發(fā)的執(zhí)行單元為一個goroutine。當我們開始運行一個Go程序時懦铺，它的入口函數(shù) main 實際上就是運行在一個goroutine 里。
Goroutine之間的通信
Go 語言編寫的程序通過不同的goroutine 運行支鸡，但是goroutine之間是相互獨立的冬念，各自運行在不同的上下文中。 每個 goroutine 之間的通信需要借助 channel 牧挣，channel 是Go 語言里的一種通信機制急前。Channel 也是Go語言里的一種引用類型，通過make函數(shù)瀑构，我們可以很容易的聲明一個channel裆针。
ch:=make(chanstring)
Channel 有單方向，雙方向之分：
chan int, 雙方向寺晌，可用來收發(fā)數(shù)據(jù)世吨。
chan <- int,單方向，只能用來發(fā)送數(shù)據(jù)
<- chan int,單方向呻征，只能用來接收數(shù)據(jù)
另外耘婚，channel還有有緩存無緩存之分。通過make函數(shù)創(chuàng)建一個帶緩存的channel陆赋。
ch:=make(chanstring, n)
無緩存的channel保證了每次發(fā)送數(shù)據(jù)的同步接收操作沐祷。而帶緩存的channel解耦了發(fā)送與接收間的操作嚷闭，這樣不但是影響程序的性能還有可能引起死鎖的問題。
調度器sheduler
每個goroutine的運行都是由Go語言里的調度器(scheduler）決定的赖临。
先說操作系統(tǒng)的線程調度胞锰。在POSIX 中有一個sheduler的內核函數(shù)，每過幾ms會被執(zhí)行一次兢榨。每次執(zhí)行時嗅榕，會掛起當前執(zhí)行線程，同時保存它寄存器中信息色乾，接著查看線程列表決定下一個線程的運行誊册， 從內存中必復其寄存器信息和現(xiàn)場并開始執(zhí)行。不同線程之間存在上下文切換暖璧，這包括保存一個用戶線程的狀態(tài)到內存案怯，恢復另一個線程的信息到寄存器，同時還要更新sheduler相關的數(shù)據(jù)結構澎办。這些操作都很耗時嘲碱。
Go 語言的Runtime有自己的sheduler，通過它我們可以在n個操作系統(tǒng)的線程上調度m個goroutine局蚀。實際上Go 的sheduler與操作系統(tǒng)的sheduler是非常相似的麦锯，只不過它只關心goroutine的調度。與操作系統(tǒng)sheduler不同的是琅绅，Go的sheduler不使用硬件定時器扶欣，當一個goroutine 調用了time.Sleep、觸發(fā)一個channel 操作或者使用 mutex千扶， scheduler 會使這個 goroutine 進行睡眠料祠，進而去喚醒另外一個goroutine，這種調度方式?jīng)]有上下文之間的切換澎羞，它的代價比操作系統(tǒng)的線程調度要小得多髓绽。
Go的調度的實現(xiàn)，涉及到幾個重要的數(shù)據(jù)結構妆绞。運行時庫用這幾個數(shù)據(jù)結構來實現(xiàn)goroutine的調度顺呕，管理goroutine和物理線程的運行。這些數(shù)據(jù)結構分別是結構體G括饶，結構體M株茶，結構體P，以及 Sched 結構體巷帝。這三個結構定義在文件 runtime/runtime.h 中忌卤，而Sched的定義在 runtime/proc.c 中。在Go語言中scheduler 通過一個GOMAXPROCS變量來決定有多少個操作系統(tǒng)的線程來運行Go程序楞泼，默認值為CPU的核心數(shù)驰徊。
結構體G
G 是 goroutine 的縮寫笤闯，相當于操作系統(tǒng)中的進程控制塊，在這里就是 goroutine 的控制結構棍厂，是對goroutine的抽象颗味。其中包括 goid 是這個 goroutine 的ID， status 是這個goroutine 的狀態(tài)牺弹，如 Gidle, Grunnable, Grunning, Gsyscall, Gwaiting,Gdead 等浦马。
structG
{
uintptr stackguard; // 分段棧的可用空間下界
uintptr stackbase; // 分段棧的棧基址
Gobuf sched; //進程切換時张漂，利用sched域來保存上下文
uintptr stack0;
FuncVal* fnstart; // goroutine運行的函數(shù)
void* param; // 用于傳遞參數(shù)晶默，睡眠時其它goroutine設置param，喚醒時此goroutine可以獲取
int16 status; // 狀態(tài) Gidle,Grunnable,Grunning,Gsyscall,Gwaiting,Gdead
int64 goid; // goroutine的id號
G* schedlink;
M* m; // for debuggers, but offset not hard-coded
M* lockedm; // G被鎖定只能在這個m上運行
uintptr gopc; // 創(chuàng)建這個goroutine的go表達式的pc
...
};
結構體G中的部分域如上所示航攒』嵌福可以看到，其中包含了棧信息stackbase和stackguard漠畜，有運行的函數(shù)信息fnstart币他。這些就足夠成為一個可執(zhí)行的單元了，只要得到CPU就可以運行憔狞。
goroutine 切換時蝴悉，上下文信息保存在結構體的 sched 域中。goroutine 是輕量級的線程或者稱為協(xié)程瘾敢，切換時并不必陷入到操作系統(tǒng)內核中拍冠，所以保存過程很輕量〈氐郑看一下結構體 G 中的 Gobuf倦微，其實只保存了當前棧指針，程序計數(shù)器正压，以及 goroutine 自身。
structGobuf
{
// The offsets of these fields are known to (hard-coded in) libmach.
uintptr sp;
byte* pc;
G* g;
...
};
記錄g是為了恢復當前goroutine的結構體G指針责球，運行時庫中使用了一個常駐的寄存器extern register G* g焦履，這個是當前goroutine的結構體G的指針。這樣做是為了快速地訪問goroutine中的信息雏逾，比如嘉裤，Go的棧的實現(xiàn)并沒有使用%ebp寄存器，不過這可以通過g->stackbase快速得到栖博。"extern register"是由6c屑宠，8c等實現(xiàn)的一個特殊的存儲。在ARM上它是實際的寄存器仇让；其它平臺是由段寄存器進行索引的線程本地存儲的一個槽位典奉。在linux系統(tǒng)中躺翻，對g和m使用的分別是0(GS)和4(GS)。需要注意的是卫玖，鏈接器還會根據(jù)特定操作系統(tǒng)改變編譯器的輸出公你，例如，6l/linux下會將0(GS)重寫為-16(FS)假瞬。每個鏈接到Go程序的C文件都必須包含runtime.h頭文件陕靠，這樣C編譯器知道避免使用專用的寄存器。
結構體M
M是machine的縮寫脱茉，是對機器的抽象剪芥，每個m都是對應到一條操作系統(tǒng)的物理線程。M必須關聯(lián)了P才可以執(zhí)行Go代碼琴许，但是當它處理阻塞或者系統(tǒng)調用中時税肪，可以不需要關聯(lián)P。
structM
{
G* g0; // 帶有調度棧的goroutine
G* gsignal; // signal-handling G 處理信號的goroutine
void (*mstartfn)(void);
G* curg; // M中當前運行的goroutine
P* p; // 關聯(lián)P以執(zhí)行Go代碼 (如果沒有執(zhí)行Go代碼則P為nil)
P* nextp;
int32 id;
int32 mallocing; //狀態(tài)
int32 throwing;
int32 gcing;
int32 locks;
int32 helpgc; //不為0表示此m在做幫忙gc虚吟。helpgc等于n只是一個編號
bool blockingsyscall;
bool spinning;
Note park;
M* alllink; // 這個域用于鏈接allm
M* schedlink;
MCache *mcache;
G* lockedg;
M* nextwaitm; // next M waiting for lock
GCStats gcstats;
...
};
和G類似寸认，M中也有alllink域將所有的M放在allm鏈表中。lockedg是某些情況下串慰，G鎖定在這個M中運行而不會切換到其它M中去偏塞。M中還有一個MCache，是當前M的內存的緩存邦鲫。M也和G一樣有一個常駐寄存器變量灸叼，代表當前的M。同時存在多個M庆捺，表示同時存在多個物理線程古今。結構體M中有兩個G是需要關注一下的，一個是curg滔以，代表結構體M當前綁定的結構體G捉腥。另一個是g0，是帶有調度棧的goroutine你画，這是一個比較特殊的goroutine抵碟。普通的goroutine的棧是在堆上分配的可增長的棧，而g0的棧是M對應的線程的棧坏匪。所有調度相關的代碼拟逮，會先切換到該goroutine的棧中再執(zhí)行。
結構體P
Go1.1中新加入的一個數(shù)據(jù)結構适滓，它是Processor的縮寫敦迄。結構體P的加入是為了提高Go程序的并發(fā)度，實現(xiàn)更好的調度。M代表OS線程罚屋。P代表Go代碼執(zhí)行時需要的資源苦囱。當M執(zhí)行Go代碼時，它需要關聯(lián)一個P沿后，當M為idle或者在系統(tǒng)調用中時沿彭，它也需要P。有剛好GOMAXPROCS個P尖滚。所有的P被組織為一個數(shù)組喉刘，在P上實現(xiàn)了工作流竊取的調度器。
structP
{
Lock;
uint32 status; // Pidle或Prunning等
P* link;
uint32 schedtick; // 每次調度時將它加一
M* m; // 鏈接到它關聯(lián)的M (nil if idle)
MCache* mcache;
G* runq[256];
int32 runqhead;
int32 runqtail;
// Available G's (status == Gdead)
G* gfree;
int32 gfreecnt;
byte pad[64];
};
結構體P中也有相應的狀態(tài)：Pidle, Prunning, Psyscall, Pgcstop, Pdead漆弄。跟G不同的是睦裳，P 不存在waiting狀態(tài)。跟G不同的是撼唾，P不存在waiting狀態(tài)廉邑。MCache被移到了P中，但是在結構體M中也還保留著倒谷。在P中有一個Grunnable的goroutine隊列蛛蒙，這是一個P的局部隊列。當P執(zhí)行Go代碼時渤愁，它會優(yōu)先從自己的這個局部隊列中取牵祟，這時可以不用加鎖，提高了并發(fā)度抖格。如果發(fā)現(xiàn)這個隊列空了诺苹，則去其它P的隊列中拿一半過來，這樣實現(xiàn)工作流竊取的調度雹拄。這種情況下是需要給調用器加鎖的收奔。
結構體Sched
Sched是調度實現(xiàn)中使用的數(shù)據(jù)結構，該結構體的定義在文件proc.c中滓玖。
structSched {
Lock;
uint64 goidgen;
M* midle; // idle m's waiting for work
int32 nmidle; // number of idle m's waiting for work
int32 nmidlelocked; // number of locked m's waiting for work
int3 mcount; // number of m's that have been created
int32 maxmcount; // maximum number of m's allowed (or die)
P* pidle; // idle P's
uint32 npidle; //idle P的數(shù)量
uint32 nmspinning;
// Global runnable queue.
G* runqhead;
G* runqtail;
int32 runqsize;
// Global cache of dead G's.
Lock gflock;
G* gfree;
int32 stopwait;
Note stopnote;
uint32 sysmonwait;
Note sysmonnote;
uint64 lastpoll;
int32 profilehz; // cpu profiling rate
}
大多數(shù)需要的信息都已放在了結構體M坪哄、G和P中，Sched結構體只是一個殼势篡∷鸾可以看到，其中有M的idle隊列殊霞，P的idle隊列，以及一個全局的就緒的G隊列汰蓉。Sched結構體中的Lock是非常必須的绷蹲，如果M或P等做一些非局部的操作，它們一般需要先鎖住調度器。
Goroutine的特點
Goroutine是Go Runtime所提供的祝钢，并非操作系統(tǒng)層面上支持的比规，goroutine不是用線程實現(xiàn)的。goroutine就是一段代碼拦英，一個函數(shù)入口蜒什，以及在堆上為其分配的一個堆棧。這個棧通常很小疤估，一般為2kB, 所以它非常廉價灾常，我們可以很輕松的創(chuàng)建上成千萬個goroutine，這是很普遍的铃拇。Goroutine 的棧大小不是固定的钞瀑，這一點和操作系統(tǒng)的線程是不一樣的，它可以動態(tài)的擴展慷荔，最大值可達1GB雕什。
Goroutine是協(xié)作式調度的，如果goroutine會執(zhí)行很長時間显晶，而且不是通過等待讀取或寫入channel的數(shù)據(jù)來同步的話贷岸，就需要主動調用Gosched()來讓出CPU。
Go語言封裝了異步IO磷雇，所以可以寫出貌似并發(fā)數(shù)很多的服務端偿警，可即使我們通過調整GOMAXPROCS來充分利用多核CPU并行處理，其效率也不如我們利用IO事件驅動設計的倦春、按照事務類型劃分好合適比例的線程池户敬。在響應時間上，協(xié)作式調度是硬傷睁本。
每個goroutine是沒有身份標識的尿庐，這是為了避免像Thread Local Storage那樣被爛用，一個函數(shù)的行為不可能由其本身變量決定呢堰。
Goroutine最大的優(yōu)點是在并發(fā)開發(fā)中實現(xiàn)了對線程池的動態(tài)擴展抄瑟，不會由于某個任務的阻塞而導致死鎖。隨著其運行庫的不斷發(fā)展和完善及多核大行其道的年代枉疼，其優(yōu)勢會日益凸顯皮假。
下面來看一個實例。
實例：生產者消費者問題
通過goroutine實現(xiàn)生產者消費者問題骂维，利用 channel 通信惹资。只需要短短幾行代碼，我們自己根本不需要編寫代碼考慮線程的同步問題航闺。
需要事先聲明的變量褪测，goods 是生產消費所共享的數(shù)據(jù)猴誊，聲明為一個chan 類型，存放整型數(shù)據(jù)侮措。接著聲明一個隨機數(shù)種子懈叹，根據(jù)系統(tǒng)時間生成偽隨機數(shù)。done 也是一個 chan 類型分扎，里面只存儲一個空的struct澄成，其作用是為了保證主線程在其它 goroutine 結束之后結束。
var goods chan int
var r = rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))//定義一個隨機數(shù)種子
vardone chan struct{}
生產者函數(shù)畏吓，循環(huán)10次墨状，依次向 goods里寫入1到10,每寫完一次后，隨機睡眠1～3秒庵佣。
funcproduce() {
for i:=1; i<=10; i++ {
goods <- i
time.Sleep(time.Duration(r.Int31n(3))*time.Second)
}
done <-struct{}{}
}
消費者函數(shù),循環(huán)5次從 goods 里取值歉胶，每讀完一次，隨機睡眠1～5秒巴粪。
funcconsume() {
for i:=0; i<5; i++ {
good := <- goods
fmt.Printf("The goods size is : %v\n",10-good+1)
time.Sleep(time.Duration(r.Int31n(5))*time.Second)
}
}
main 函數(shù)里開啟一個goroutine 運行 produce 函數(shù)通今，兩個goroutine 運行consume 函數(shù)。
funcmain() {
goods =make(chanint)
done =make(chanstruct{})
goproduce()
goconsume()
goconsume()
<- done
}
output:
The goods size is :10
The goods size is :9
The goods size is :8
The goods size is :7
The goods size is :6
The goods size is :5
The goods size is :4
The goods size is :3
The goods size is :2
The goods size is :1
參考資料：
[深入解析Go](https://tiancaiamao.gitbooks.io/go-
internals/content/zh/05.1.html)
