Goroutine調(diào)度是一個很復(fù)雜的機(jī)制,下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)制,想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。
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首先介紹一下GMP什么意思:
G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程,每個go關(guān)鍵字都會創(chuàng)建一個協(xié)程。
M ---------- thread內(nèi)核級線程,所有的G都要放在M上才能運(yùn)行。
P ----------- processor處理器,調(diào)度G到M上,其維護(hù)了一個隊列,存儲了所有需要它來調(diào)度的G。
Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的,每個 M 都代表了 1 個內(nèi)核線程,OS 調(diào)度器負(fù)責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行
模型圖:
避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程,而是對線程的復(fù)用。
1)work stealing機(jī)制
當(dāng)本線程無可運(yùn)行的G時,嘗試從其他線程綁定的P偷取G,而不是銷毀線程。
2)hand off機(jī)制
當(dāng)本線程M0因為G0進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時,線程釋放綁定的P,把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進(jìn)而某個空閑的M1獲取P,繼續(xù)執(zhí)行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進(jìn)被阻塞,M1接替M0的工作,只要P不空閑,就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池,也可能是新建的。當(dāng)G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后,根據(jù)M0是否能獲取到P,將會將G0做不同的處理:
如果有空閑的P,則獲取一個P,繼續(xù)執(zhí)行G0。
如果沒有空閑的P,則將G0放入全局隊列,等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進(jìn)入緩存池睡眠。
如下圖
GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量,最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運(yùn)行
在Go中一個goroutine最多占用CPU 10ms,防止其他goroutine被餓死。
具體可以去看另一篇文章
【Golang詳解】go語言調(diào)度機(jī)制 搶占式調(diào)度
當(dāng)創(chuàng)建一個新的G之后優(yōu)先加入本地隊列,如果本地隊列滿了,會將本地隊列的G移動到全局隊列里面,當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時,它可以從全局G隊列獲取G。
協(xié)程經(jīng)歷過程
我們創(chuàng)建一個協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖:
說明:
這里有兩個存儲G的隊列,一個是局部調(diào)度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊列中,如果P的本地隊列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊列中;處理器本地隊列是一個使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表,它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務(wù)。
G只能運(yùn)行在M中,一個M必須持有一個P,M與P是1:1的關(guān)系。M會從P的本地隊列彈出一個可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行,如果P的本地隊列為空,就會想其他的MP組合偷取一個可執(zhí)行的G來執(zhí)行;
一個M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個循環(huán)機(jī)制;會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G
上面說到P的個數(shù)默認(rèn)等于CPU核數(shù),每個M必須持有一個P才可以執(zhí)行G,一般情況下M的個數(shù)會略大于P的個數(shù),這多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時發(fā)揮作用。類似線程池,Go也提供一個M的池子,需要時從池子中獲取,用完放回池子,不夠用時就再創(chuàng)建一個。
work-stealing調(diào)度算法:當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊列隊列里的所有G后,P也不會就這么在那躺尸啥都不干,它會先嘗試從全局隊列隊列尋找G來執(zhí)行,如果全局隊列為空,它會隨機(jī)挑選另外一個P,從它的隊列里中拿走一半的G到自己的隊列中執(zhí)行。
如果一切正常,調(diào)度器會以上述的那種方式順暢地運(yùn)行,但這個世界沒這么美好,總有意外發(fā)生,以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。
Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運(yùn)行另外一個goroutine:
用戶態(tài)阻塞/喚醒
當(dāng)goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時(實際上golang已經(jīng)用netpoller實現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會導(dǎo)致M被阻塞,僅阻塞G,這里僅僅是舉個栗子),對應(yīng)的G會被放置到某個wait隊列(如channel的waitq),該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting,而M會跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個G,如果此時沒有可運(yùn)行的G供M運(yùn)行,那么M將解綁P,并進(jìn)入sleep狀態(tài);當(dāng)阻塞的G被另一端的G2喚醒時(比如channel的可讀/寫通知),G被標(biāo)記為,嘗試加入G2所在P的runnext(runnext是線程下一個需要執(zhí)行的 Goroutine。), 然后再是P的本地隊列和全局隊列。
系統(tǒng)調(diào)用阻塞
當(dāng)M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作,M會阻塞,如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行,調(diào)度器會把這個線程M從P中摘除,然后再創(chuàng)建一個新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個P。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時候,這個G會嘗試獲取一個空閑的P執(zhí)行,并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P,那么這個線程M變成休眠狀態(tài), 加入到空閑線程中,然后這個G會被放入全局隊列中。
隊列輪轉(zhuǎn)
可見每個P維護(hù)著一個包含G的隊列,不考慮G進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下,P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行,執(zhí)行一小段時間,將上下文保存下來,然后將G放到隊列尾部,然后從隊列中重新取出一個G進(jìn)行調(diào)度。
除了每個P維護(hù)的G隊列以外,還有一個全局的隊列,每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列,也是為了防止全局隊列中的G被餓死。
除了每個P維護(hù)的G隊列以外,還有一個全局的隊列,每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會周期性地查看全局隊列,也是為了防止全局隊列中的G被餓死。
M0
M0是啟動程序后的編號為0的主線程,這個M對應(yīng)的實例會在全局變量rutime.m0中,不需要在heap上分配,M0負(fù)責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動第一個G,在之后M0就和其他的M一樣了
G0
G0是每次啟動一個M都會第一個創(chuàng)建的goroutine,G0僅用于負(fù)責(zé)調(diào)度G,G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù),每個M都會有一個自己的G0,在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時會使用G0的棧空間,全局變量的G0是M0的G0
一個G由于調(diào)度被中斷,此后如何恢復(fù)?
中斷的時候?qū)⒓拇嫫骼锏臈P畔?,保存到自己的G對象里面。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時,將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面,這樣就接著上次之后運(yùn)行了。
我這里只是根據(jù)自己的理解進(jìn)行了簡單的介紹,想要詳細(xì)了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計者的文檔或直接看源碼
參考: ()
()
用于讓出CPU時間片。讓別的先執(zhí)行,執(zhí)行完再回來執(zhí)行它 。
終止當(dāng)前協(xié)程 ,而其它的goroutine并不會受此影響。runtime.Goexit在終止當(dāng)前goroutine前會先執(zhí)行此goroutine的還未執(zhí)行的defer語句。請注意千萬別在主函數(shù)調(diào)用runtime.Goexit,因為會引發(fā)panic。
用來設(shè)置可以并行計算的CPU核數(shù)最大值,并返回之前的值。
福哥答案2020-08-20:
1.golang的協(xié)程是基于gpm機(jī)制,是可以多核多線程的。Python的協(xié)程是eventloop模型(IO多路復(fù)用技術(shù))實現(xiàn),協(xié)程是嚴(yán)格的 1:N 關(guān)系,也就是一個線程對應(yīng)了多個協(xié)程。雖然可以實現(xiàn)異步I/O,但是不能有效利用多核(GIL)。
2.golang用go func。python用import asyncio,async/await表達(dá)式。
評論
首先協(xié)程是什么就不多做解釋了,看到這里的同學(xué),我想至少對協(xié)程已經(jīng)有了理解。
現(xiàn)在很多phper轉(zhuǎn)go開發(fā),大部分都是沖著go的靜態(tài)語言和協(xié)程去的,當(dāng)然還有錢多。
但是php自己其實也有協(xié)程支持,那就是 swoole 了。
工作原因,有幸接觸了一段時間swoole和go,希望對比下兩者的區(qū)別。
首先,網(wǎng)上很多大神關(guān)于swoole和go的對比,有的還是比較詳細(xì)的。
比如swoole官方就有一個對比swoole和go的文章: ;version=1compare=current
知乎大神文章:
感興趣的話,可以 拜讀一下。
文章基本是圍繞,swoole是單進(jìn)程協(xié)程切換,go是MGP模型切換。
swoole 的單進(jìn)程模型 不能共享資源,沒有線程并發(fā)問題,協(xié)程切換依賴io等等。
對比下來,基本都是go性能比較突出。
確實,go的性能比php高出不少,但同時也比php的學(xué)習(xí)和使用成本高很多。而且,目前go的開發(fā)框架大都是基于beego或者gin,說好用真實有點昧良心,相比之下基于swoole的hyperf、mix-php都是開箱即用,包含了大部分需要的功能,二開也成本不高。
總的來說,go的性能確實比php要高,但是使用成本也高出不少,同時由于靜態(tài)語言天然的特性,比php這種弱類型語言在開發(fā)時的成本也要高出不少。
基于協(xié)程的框架,抗并發(fā)性能基本都沒大問題,如果后端存儲能撐得住,server端的并發(fā)基本不會有問題。
swoole直播案例