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??臻g,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ⅲ4娴阶约旱腉對象里面。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: ()
()
在開始之前,希望你計算一下 Part1 共占用的大小是多少呢?
輸出結(jié)果:
這么一算, Part1 這一個結(jié)構(gòu)體的占用內(nèi)存大小為 1+4+1+8+1 = 15 個字節(jié)。相信有的小伙伴是這么算的,看上去也沒什么毛病
真實情況是怎么樣的呢?我們實際調(diào)用看看,如下:
輸出結(jié)果:
最終輸出為占用 32 個字節(jié)。這與前面所預(yù)期的結(jié)果完全不一樣。這充分地說明了先前的計算方式是錯誤的。為什么呢?
在這里要提到 “內(nèi)存對齊” 這一概念,才能夠用正確的姿勢去計算,接下來我們詳細(xì)的講講它是什么
有的小伙伴可能會認(rèn)為內(nèi)存讀取,就是一個簡單的字節(jié)數(shù)組擺放
上圖表示一個坑一個蘿卜的內(nèi)存讀取方式。但實際上 CPU 并不會以一個一個字節(jié)去讀取和寫入內(nèi)存。相反 CPU 讀取內(nèi)存是 一塊一塊讀取 的,塊的大小可以為 2、4、6、8、16 字節(jié)等大小。塊大小我們稱其為 內(nèi)存訪問粒度 。如下圖:
在樣例中,假設(shè)訪問粒度為 4。 CPU 是以每 4 個字節(jié)大小的訪問粒度去讀取和寫入內(nèi)存的。這才是正確的姿勢
另外作為一個工程師,你也很有必要學(xué)習(xí)這塊知識點哦 :)
在上圖中,假設(shè)從 Index 1 開始讀取,將會出現(xiàn)很崩潰的問題。因為它的內(nèi)存訪問邊界是不對齊的。因此 CPU 會做一些額外的處理工作。如下:
從上述流程可得出,不做 “內(nèi)存對齊” 是一件有點 "麻煩" 的事。因為它會增加許多耗費(fèi)時間的動作
而假設(shè)做了內(nèi)存對齊,從 Index 0 開始讀取 4 個字節(jié),只需要讀取一次,也不需要額外的運(yùn)算。這顯然高效很多,是標(biāo)準(zhǔn)的 空間換時間 做法
在不同平臺上的編譯器都有自己默認(rèn)的 “對齊系數(shù)”,可通過預(yù)編譯命令 #pragma pack(n) 進(jìn)行變更,n 就是代指 “對齊系數(shù)”。一般來講,我們常用的平臺的系數(shù)如下:
另外要注意,不同硬件平臺占用的大小和對齊值都可能是不一樣的。因此本文的值不是唯一的,調(diào)試的時候需按本機(jī)的實際情況考慮
輸出結(jié)果:
在 Go 中可以調(diào)用 unsafe.Alignof 來返回相應(yīng)類型的對齊系數(shù)。通過觀察輸出結(jié)果,可得知基本都是 2^n ,最大也不會超過 8。這是因為我手提(64 位)編譯器默認(rèn)對齊系數(shù)是 8,因此最大值不會超過這個數(shù)
在上小節(jié)中,提到了結(jié)構(gòu)體中的成員變量要做字節(jié)對齊。那么想當(dāng)然身為最終結(jié)果的結(jié)構(gòu)體,也是需要做字節(jié)對齊的
接下來我們一起分析一下,“它” 到底經(jīng)歷了些什么,影響了 “預(yù)期” 結(jié)果
在每個成員變量進(jìn)行對齊后,根據(jù)規(guī)則 2,整個結(jié)構(gòu)體本身也要進(jìn)行字節(jié)對齊,因為可發(fā)現(xiàn)它可能并不是 2^n ,不是偶數(shù)倍。顯然不符合對齊的規(guī)則
根據(jù)規(guī)則 2,可得出對齊值為 8?,F(xiàn)在的偏移量為 25,不是 8 的整倍數(shù)。因此確定偏移量為 32。對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行對齊
Part1 內(nèi)存布局:axxx|bbbb|cxxx|xxxx|dddd|dddd|exxx|xxxx
通過本節(jié)的分析,可得知先前的 “推算” 為什么錯誤?
是因為實際內(nèi)存管理并非 “一個蘿卜一個坑” 的思想。而是一塊一塊。通過空間換時間(效率)的思想來完成這塊讀取、寫入。另外也需要兼顧不同平臺的內(nèi)存操作情況
在上一小節(jié),可得知根據(jù)成員變量的類型不同,其結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存會產(chǎn)生對齊等動作。那假設(shè)字段順序不同,會不會有什么變化呢?我們一起來試試吧 :-)
輸出結(jié)果:
通過結(jié)果可以驚喜的發(fā)現(xiàn),只是 “簡單” 對成員變量的字段順序進(jìn)行改變,就改變了結(jié)構(gòu)體占用大小
接下來我們一起剖析一下 Part2 ,看看它的內(nèi)部到底和上一位之間有什么區(qū)別,才導(dǎo)致了這樣的結(jié)果?
符合規(guī)則 2,不需要額外對齊
Part2 內(nèi)存布局:ecax|bbbb|dddd|dddd
通過對比 Part1 和 Part2 的內(nèi)存布局,你會發(fā)現(xiàn)兩者有很大的不同。如下:
仔細(xì)一看, Part1 存在許多 Padding。顯然它占據(jù)了不少空間,那么 Padding 是怎么出現(xiàn)的呢?
通過本文的介紹,可得知是由于不同類型導(dǎo)致需要進(jìn)行字節(jié)對齊,以此保證內(nèi)存的訪問邊界
那么也不難理解,為什么 調(diào)整結(jié)構(gòu)體內(nèi)成員變量的字段順序 就能達(dá)到縮小結(jié)構(gòu)體占用大小的疑問了,是因為巧妙地減少了 Padding 的存在。讓它們更 “緊湊” 了。這一點對于加深 Go 的內(nèi)存布局印象和大對象的優(yōu)化非常有幫
Go語言
Go是Google的Robert Griesemer,Rob Pike及Ken
Thompson開發(fā)的一種靜態(tài)強(qiáng)類型、編譯型語言。Go語言語法與C相近,但功能上有:內(nèi)存安全、垃圾回收、結(jié)構(gòu)形態(tài)及CSP-style并發(fā)計算。
Go的語法接近C語言,但對于變量的聲明有所不同。Go支持垃圾回收功能。Go的并行模型是以東尼·霍爾的通信順序進(jìn)程為基礎(chǔ),采取類似模型的其他語言包括Occam和Limbo,但它也具有Pi運(yùn)算的特征,比如通道傳輸。
Python
Python是一種廣泛使用的具有動態(tài)語義的解釋型、面向?qū)ο蟮母呒壘幊陶Z言。
Python是一種面向?qū)ο蟮母呒壘幊陶Z言,具有集成的動態(tài)語義,主要用于Web和應(yīng)用程序開發(fā)。它在快速應(yīng)用程序開發(fā)領(lǐng)域極具吸引力,因為它提供動態(tài)類型和動態(tài)綁定選項。
Python是一種解釋型語言,這意味著用Python編寫的程序不需要事先編譯就可以運(yùn)行,從而可以輕松地測試小段代碼并使用Python編寫的代碼更容易在平臺之間移動。
Go語言和Python區(qū)別:
①語法:Python的語法使用縮進(jìn)來指示代碼塊,Go的語言基于打開和關(guān)閉括號。
②范例:Python是一種基于面向?qū)ο缶幊痰亩喾妒剑钍胶秃瘮?shù)式編程語言。它堅持這樣一種觀點,即如果一種語言在某些情境中表現(xiàn)出某種特定的方式,理想情況下它應(yīng)該在所有情境中都有相似的作用。但是,它又不是純粹的OOP語言,它不支持強(qiáng)封裝,這是OOP的主要原則之一。Go是一種基于并發(fā)編程范式的過程編程語言,它與C具有表面相似性,實際上,Go更像是C的更新版本。
③并發(fā):Python沒有提供內(nèi)置的并發(fā)機(jī)制,而Go沒有內(nèi)置的并發(fā)機(jī)制。
④類型化:Python是動態(tài)類型語言,而Go是一種靜態(tài)類型語言,它實際上有助于在編譯時捕獲錯誤,這可以進(jìn)一步減少生產(chǎn)后期的嚴(yán)重錯誤。
⑤安全性:Python是一種強(qiáng)類型語言,它是經(jīng)過編譯的,因此增加了一層安全性。Go具有分配給每個變量的類型,因此,它提供了安全性。但是,如果發(fā)生任何錯誤,用戶需要自己運(yùn)行整個代碼。
⑥管理內(nèi)存:Go允許程序員在很大程度上管理內(nèi)存。而Python中的內(nèi)存管理完全自動化并由Python VM管理;它不允許程序員對內(nèi)存管理負(fù)責(zé)。
⑦庫:與Go相比,Python提供的庫數(shù)量要大得多。然而,Go仍然是新的,并且還沒有取得很大進(jìn)展。
⑧速度:Go的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Python。
python和go語言的區(qū)別
1、語法
Python的語法使用縮進(jìn)來指示代碼塊。Go的語法基于打開和關(guān)閉括號。
2、范例
Python是一種基于面向?qū)ο缶幊痰亩喾妒剑钍胶秃瘮?shù)式編程語言。它堅持這樣一種觀點,即如果一種語言在某些情境中表現(xiàn)出某種特定的方式,理想情況下它應(yīng)該在所有情境中都有相似的作用。但是,它又不是純粹的OOP語言,它不支持強(qiáng)封裝,這是OOP的主要原則之一。
Go是一種基于并發(fā)編程范式的過程編程語言,它與C具有表面相似性。實際上,Go更像是C的更新版本。
3、并發(fā)
Python沒有提供內(nèi)置的并發(fā)機(jī)制,而Go有內(nèi)置的并發(fā)機(jī)制。
4、類型化
Python是動態(tài)類型語言,而Go是一種靜態(tài)類型語言,它實際上有助于在編譯時捕獲錯誤,這可以進(jìn)一步減少生產(chǎn)后期的嚴(yán)重錯誤。
5、安全性
Python是一種強(qiáng)類型語言,它是經(jīng)過編譯的,因此增加了一層安全性。Go具有分配給每個變量的類型,因此,它提供了安全性。但是,如果發(fā)生任何錯誤,用戶需要自己運(yùn)行整個代碼。
6、管理內(nèi)存
Go允許程序員在很大程度上管理內(nèi)存。而,Python中的內(nèi)存管理完全自動化并由Python VM管理;它不允許程序員對內(nèi)存管理負(fù)責(zé)。
7、庫
與Go相比,Python提供的庫數(shù)量要大得多。然而,Go仍然是新的,并且還沒有取得很大進(jìn)展。
8、速度:
Go的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Python。
那您可以先把,C再好好打打基礎(chǔ),oc是c的一種衍生語言,oc還可以與C++混用,C++也要研究下,這樣oc你就能輕松拿下了,在oc中,內(nèi)存管理機(jī)制也是比較重要的一點,iphone開發(fā),內(nèi)存是一個重要問題
另外,站長團(tuán)上有產(chǎn)品團(tuán)購,便宜有保證