Golang中g(shù)oroutine的作用是什么，相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。
線程（Thread）：有時被稱為輕量級進程(Lightweight Process，LWP），是程序執(zhí)行流的最小單元。一個標準的線程由線程ID，當前指令指針(PC），寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進程中的一個實體，是被系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點兒在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源。
線程擁有自己獨立的棧和共享的堆，共享堆，不共享棧，線程的切換一般也由操作系統(tǒng)調(diào)度。
協(xié)程（coroutine）：又稱微線程與子例程（或者稱為函數(shù)）一樣，協(xié)程（coroutine）也是一種程序組件。相對子例程而言，協(xié)程更為一般和靈活，但在實踐中使用沒有子例程那樣廣泛。
和線程類似，共享堆，不共享棧，協(xié)程的切換一般由程序員在代碼中顯式控制。它避免了上下文切換的額外耗費，兼顧了多線程的優(yōu)點，簡化了高并發(fā)程序的復(fù)雜。
Goroutine和其他語言的協(xié)程（coroutine）在使用方式上類似，但從字面意義上來看不同（一個是Goroutine，一個是coroutine），再就是協(xié)程是一種協(xié)作任務(wù)控制機制，在最簡單的意義上，協(xié)程不是并發(fā)的，而Goroutine支持并發(fā)的。因此Goroutine可以理解為一種Go語言的協(xié)程。同時它可以運行在一個或多個線程上。
先給個簡單實例
重慶分公司
重慶分公司
func loop() {
for i := 0; i < ; i++ {
fmt.Printf("%d ", i)
}
}
func main() {
go loop() // 啟動一個goroutine
loop()
}GO并發(fā)的實現(xiàn)原理
一、Go并發(fā)模型
Go實現(xiàn)了兩種并發(fā)形式。第一種是大家普遍認知的：多線程共享內(nèi)存。其實就是Java或者C++等語言中的多線程開發(fā)。另外一種是Go語言特有的，也是Go語言推薦的：CSP（communicating sequential processes）并發(fā)模型。
CSP并發(fā)模型是在1970年左右提出的概念，屬于比較新的概念，不同于傳統(tǒng)的多線程通過共享內(nèi)存來通信，CSP講究的是“以通信的方式來共享內(nèi)存”。
請記住下面這句話：
DO NOT COMMUNICATE BY SHARING MEMORY; INSTEAD, SHARE MEMORY BY COMMUNICATING.
“不要以共享內(nèi)存的方式來通信，相反，要通過通信來共享內(nèi)存?！?/p>
普通的線程并發(fā)模型，就是像Java、C++、或者Python，他們線程間通信都是通過共享內(nèi)存的方式來進行的。非常典型的方式就是，在訪問共享數(shù)據(jù)（例如數(shù)組、Map、或者某個結(jié)構(gòu)體或?qū)ο螅┑臅r候，通過鎖來訪問，因此，在很多時候，衍生出一種方便操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，叫做“線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”。例如Java提供的包”java.util.concurrent”中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Go中也實現(xiàn)了傳統(tǒng)的線程并發(fā)模型。
Go的CSP并發(fā)模型，是通過goroutine和channel來實現(xiàn)的。
goroutine 是Go語言中并發(fā)的執(zhí)行單位。有點抽象，其實就是和傳統(tǒng)概念上的”線程“類似，可以理解為”線程“
channel是Go語言中各個并發(fā)結(jié)構(gòu)體(goroutine)之前的通信機制。 通俗的講，就是各個goroutine之間通信的”管道“，有點類似于Linux中的管道。
生成一個goroutine的方式非常的簡單：Go一下，就生成了。
go f();
通信機制channel也很方便，傳數(shù)據(jù)用channel <- data，取數(shù)據(jù)用<-channel。
在通信過程中，傳數(shù)據(jù)channel <- data和取數(shù)據(jù)<-channel必然會成對出現(xiàn)，因為這邊傳，那邊取，兩個goroutine之間才會實現(xiàn)通信。
而且不管傳還是取，必阻塞，直到另外的goroutine傳或者取為止。
示例如下：
package main
import "fmt"
func main() {
messages := make(chan string)
go func() { messages <- "ping" }()
msg := <-messages
fmt.Println(msg)
}注意 main()本身也是運行了一個goroutine。
messages:= make(chan int) 這樣就聲明了一個阻塞式的無緩沖的通道
chan 是關(guān)鍵字 代表我要創(chuàng)建一個通道
GO并發(fā)模型的實現(xiàn)原理
我們先從線程講起，無論語言層面何種并發(fā)模型，到了操作系統(tǒng)層面，一定是以線程的形態(tài)存在的。而操作系統(tǒng)根據(jù)資源訪問權(quán)限的不同，體系架構(gòu)可分為用戶空間和內(nèi)核空間；內(nèi)核空間主要操作訪問CPU資源、I/O資源、內(nèi)存資源等硬件資源，為上層應(yīng)用程序提供最基本的基礎(chǔ)資源，用戶空間呢就是上層應(yīng)用程序的固定活動空間，用戶空間不可以直接訪問資源，必須通過“系統(tǒng)調(diào)用”、“庫函數(shù)”或“Shell腳本”來調(diào)用內(nèi)核空間提供的資源。
我們現(xiàn)在的計算機語言，可以狹義的認為是一種“軟件”，它們中所謂的“線程”，往往是用戶態(tài)的線程，和操作系統(tǒng)本身內(nèi)核態(tài)的線程（簡稱KSE），還是有區(qū)別的。
線程模型的實現(xiàn)，可以分為以下幾種方式：
用戶級線程模型
如圖所示，多個用戶態(tài)的線程對應(yīng)著一個內(nèi)核線程，程序線程的創(chuàng)建、終止、切換或者同步等線程工作必須自身來完成。它可以做快速的上下文切換。缺點是不能有效利用多核CPU。
內(nèi)核級線程模型
這種模型直接調(diào)用操作系統(tǒng)的內(nèi)核線程，所有線程的創(chuàng)建、終止、切換、同步等操作，都由內(nèi)核來完成。一個用戶態(tài)的線程對應(yīng)一個系統(tǒng)線程，它可以利用多核機制，但上下文切換需要消耗額外的資源。C++就是這種。
兩級線程模型
這種模型是介于用戶級線程模型和內(nèi)核級線程模型之間的一種線程模型。這種模型的實現(xiàn)非常復(fù)雜，和內(nèi)核級線程模型類似，一個進程中可以對應(yīng)多個內(nèi)核級線程，但是進程中的線程不和內(nèi)核線程一一對應(yīng)；這種線程模型會先創(chuàng)建多個內(nèi)核級線程，然后用自身的用戶級線程去對應(yīng)創(chuàng)建的多個內(nèi)核級線程，自身的用戶級線程需要本身程序去調(diào)度，內(nèi)核級的線程交給操作系統(tǒng)內(nèi)核去調(diào)度。
M個用戶線程對應(yīng)N個系統(tǒng)線程，缺點增加了調(diào)度器的實現(xiàn)難度。
Go語言的線程模型就是一種特殊的兩級線程模型（GPM調(diào)度模型）。
Go線程實現(xiàn)模型MPG
M指的是Machine，一個M直接關(guān)聯(lián)了一個內(nèi)核線程。由操作系統(tǒng)管理。P指的是”processor”，代表了M所需的上下文環(huán)境，也是處理用戶級代碼邏輯的處理器。它負責(zé)銜接M和G的調(diào)度上下文，將等待執(zhí)行的G與M對接。G指的是Goroutine，其實本質(zhì)上也是一種輕量級的線程。包括了調(diào)用棧，重要的調(diào)度信息，例如channel等。
P的數(shù)量由環(huán)境變量中的GOMAXPROCS決定，通常來說它是和核心數(shù)對應(yīng)，例如在4Core的服務(wù)器上回啟動4個線程。G會有很多個，每個P會將Goroutine從一個就緒的隊列中做Pop操作，為了減小鎖的競爭，通常情況下每個P會負責(zé)一個隊列。
三者關(guān)系如下圖所示：
以上這個圖講的是兩個線程(內(nèi)核線程)的情況。一個M會對應(yīng)一個內(nèi)核線程，一個M也會連接一個上下文P，一個上下文P相當于一個“處理器”，一個上下文連接一個或者多個Goroutine。為了運行g(shù)oroutine，線程必須保存上下文。
上下文P(Processor)的數(shù)量在啟動時設(shè)置為GOMAXPROCS環(huán)境變量的值或通過運行時函數(shù)GOMAXPROCS()。通常情況下，在程序執(zhí)行期間不會更改。上下文數(shù)量固定意味著只有固定數(shù)量的線程在任何時候運行Go代碼。我們可以使用它來調(diào)整Go進程到個人計算機的調(diào)用，例如4核PC在4個線程上運行Go代碼。
圖中P正在執(zhí)行的Goroutine為藍色的；處于待執(zhí)行狀態(tài)的Goroutine為灰色的，灰色的Goroutine形成了一個隊列runqueues。
Go語言里，啟動一個goroutine很容易：go function 就行，所以每有一個go語句被執(zhí)行，runqueue隊列就在其末尾加入一個goroutine，一旦上下文運行g(shù)oroutine直到調(diào)度點，它會從其runqueue中彈出goroutine，設(shè)置堆棧和指令指針并開始運行g(shù)oroutine。
拋棄P(Processor)
你可能會想，為什么一定需要一個上下文，我們能不能直接除去上下文，讓Goroutine的runqueues掛到M上呢？答案是不行，需要上下文的目的，是讓我們可以直接放開其他線程，當遇到內(nèi)核線程阻塞的時候。
一個很簡單的例子就是系統(tǒng)調(diào)用sysall，一個線程肯定不能同時執(zhí)行代碼和系統(tǒng)調(diào)用被阻塞，這個時候，此線程M需要放棄當前的上下文環(huán)境P，以便可以讓其他的Goroutine被調(diào)度執(zhí)行。
如上圖左圖所示，M0中的G0執(zhí)行了syscall，然后就創(chuàng)建了一個M1(也有可能來自線程緩存)，（轉(zhuǎn)向右圖）然后M0丟棄了P，等待syscall的返回值，M1接受了P，將·繼續(xù)執(zhí)行Goroutine隊列中的其他Goroutine。
當系統(tǒng)調(diào)用syscall結(jié)束后，M0會“偷”一個上下文，如果不成功，M0就把它的Gouroutine G0放到一個全局的runqueue中，將自己置于線程緩存中并進入休眠狀態(tài)。全局runqueue是各個P在運行完自己的本地的Goroutine runqueue后用來拉取新goroutine的地方。P也會周期性的檢查這個全局runqueue上的goroutine，否則，全局runqueue上的goroutines可能得不到執(zhí)行而餓死。
均衡的分配工作
按照以上的說法，上下文P會定期的檢查全局的goroutine 隊列中的goroutine，以便自己在消費掉自身Goroutine隊列的時候有事可做。假如全局goroutine隊列中的goroutine也沒了呢？就從其他運行的中的P的runqueue里偷。
每個P中的Goroutine不同導(dǎo)致他們運行的效率和時間也不同，在一個有很多P和M的環(huán)境中，不能讓一個P跑完自身的Goroutine就沒事可做了，因為或許其他的P有很長的goroutine隊列要跑，得需要均衡。
該如何解決呢？
Go的做法倒也直接，從其他P中偷一半！
Goroutine 小結(jié)
優(yōu)點：
1、開銷小
POSIX的thread API雖然能夠提供豐富的API，例如配置自己的CPU親和性，申請資源等等，線程在得到了很多與進程相同的控制權(quán)的同時，開銷也非常的大，在Goroutine中則不需這些額外的開銷，所以一個Golang的程序中可以支持10w級別的Goroutine。
每個 goroutine (協(xié)程) 默認占用內(nèi)存遠比 Java 、C 的線程少（goroutine：2KB ，線程：8MB）
2、調(diào)度性能好
在Golang的程序中，操作系統(tǒng)級別的線程調(diào)度，通常不會做出合適的調(diào)度決策。例如在GC時，內(nèi)存必須要達到一個一致的狀態(tài)。在Goroutine機制里，Golang可以控制Goroutine的調(diào)度，從而在一個合適的時間進行GC。
在應(yīng)用層模擬的線程，它避免了上下文切換的額外耗費，兼顧了多線程的優(yōu)點。簡化了高并發(fā)程序的復(fù)雜度。
缺點：
協(xié)程調(diào)度機制無法實現(xiàn)公平調(diào)度。
看完上述內(nèi)容，你們掌握Golang中g(shù)oroutine的作用是什么的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)成都網(wǎng)站設(shè)計公司行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！
另外有需要云服務(wù)器可以了解下創(chuàng)新互聯(lián)scvps.cn，海內(nèi)外云服務(wù)器15元起步，三天無理由+7*72小時售后在線，公司持有idc許可證，提供“云服務(wù)器、裸金屬服務(wù)器、高防服務(wù)器、香港服務(wù)器、美國服務(wù)器、虛擬主機、免備案服務(wù)器”等云主機租用服務(wù)以及企業(yè)上云的綜合解決方案，具有“安全穩(wěn)定、簡單易用、服務(wù)可用性高、性價比高”等特點與優(yōu)勢，專為企業(yè)上云打造定制，能夠滿足用戶豐富、多元化的應(yīng)用場景需求。
