使用go語言的好處: go語言的設計是務實的, go在針對并發(fā)上進行了優(yōu)化, 并且支持大規(guī)模高并發(fā), 又由于單一的碼格式, 相比于其他語言更具有可讀性, 在垃圾回收上比java和Python更有效, 因為他是和程序同時執(zhí)行的.
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1. 進程, 線程, 協程的區(qū)別, 協程的優(yōu)勢
2. 講一下GMP模型(重點)
3. Go的GC, 混合寫屏障(重點)
4. go的Slice和數組的區(qū)別, slice的擴容原理(重點)
5. 講一下channel,實現原理(重點)
6. 講一下Go的Map的實現原理, 是否線程安全, 如何實現安全(重點)
7. new 和 make 的區(qū)別
8. 說一下內存逃逸
9. 函數傳指針和傳值有什么區(qū)別
10. goroutine之間的通信方式
11. 測試是怎么做的(單元測試, 壓力測試)
12. 堆和棧的區(qū)別
Goroutine調度是一個很復雜的機制,下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調度機制,想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。
首先介紹一下GMP什么意思:
G ----------- goroutine: 即Go協程,每個go關鍵字都會創(chuàng)建一個協程。
M ---------- thread內核級線程,所有的G都要放在M上才能運行。
P ----------- processor處理器,調度G到M上,其維護了一個隊列,存儲了所有需要它來調度的G。
Goroutine 調度器P和 OS 調度器是通過 M 結合起來的,每個 M 都代表了 1 個內核線程,OS 調度器負責把內核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行
模型圖:
避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程,而是對線程的復用。
1)work stealing機制
當本線程無可運行的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機制
當本線程M0因為G0進行系統(tǒng)調用阻塞時,線程釋放綁定的P,把P轉移給其他空閑的線程執(zhí)行。進而某個空閑的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)調用而進被阻塞,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G0系統(tǒng)調用結束后,根據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調度。然后M0將進入緩存池睡眠。
如下圖
GOMAXPROCS設置P的數量,最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運行
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語言調度機制 搶占式調度
當創(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。
協程經歷過程
我們創(chuàng)建一個協程 go func()經歷過程如下圖:
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組構成的環(huán)形鏈表,它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務。
G只能運行在M中,一個M必須持有一個P,M與P是1:1的關系。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調度G執(zhí)行的過程是一個循環(huán)機制;會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G
上面說到P的個數默認等于CPU核數,每個M必須持有一個P才可以執(zhí)行G,一般情況下M的個數會略大于P的個數,這多出來的M將會在G產生系統(tǒng)調用時發(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調度算法:當M執(zhí)行完了當前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,調度器會以上述的那種方式順暢地運行,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被阻塞的情況下運行另外一個goroutine:
用戶態(tài)阻塞/喚醒
當goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時(實際上golang已經用netpoller實現了goroutine網絡I/O阻塞不會導致M被阻塞,僅阻塞G,這里僅僅是舉個栗子),對應的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,如果此時沒有可運行的G供M運行,那么M將解綁P,并進入sleep狀態(tài);當阻塞的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)調用阻塞
當M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作,M會阻塞,如果當前有一些G在執(zhí)行,調度器會把這個線程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用空閑線程)來服務于這個P。當M系統(tǒng)調用結束時候,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
可見每個P維護著一個包含G的隊列,不考慮G進入系統(tǒng)調用或IO操作的情況下,P周期性的將G調度到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進行調度。
除了每個P維護的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待運行并將其調度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調用中恢復的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待運行并將其調度到M中執(zhí)行,全局隊列中G的來源,主要有從系統(tǒng)調用中恢復的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對應的實例會在全局變量rutime.m0中,不需要在heap上分配,M0負責執(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僅用于負責調度G,G0不指向任何可執(zhí)行的函數,每個M都會有一個自己的G0,在調度或系統(tǒng)調用時會使用G0的棧空間,全局變量的G0是M0的G0
一個G由于調度被中斷,此后如何恢復?
中斷的時候將寄存器里的棧信息,保存到自己的G對象里面。當再次輪到自己執(zhí)行時,將自己保存的棧信息復制到寄存器里面,這樣就接著上次之后運行了。
我這里只是根據自己的理解進行了簡單的介紹,想要詳細了解有關GMP的底層原理可以去看Go調度器 G-P-M 模型的設計者的文檔或直接看源碼
參考: ()
()
內核線程(Kernel-Level Thread ,KLT)
輕量級進程(Light Weight Process,LWP):輕量級進程就是我們通常意義上所講的線程,由于每個輕量級進程都由一個內核線程支持,因此只有先支持內核線程,才能有輕量級進程
用戶線程與系統(tǒng)線程一一對應,用戶線程執(zhí)行如lo操作的系統(tǒng)調用時,來回切換操作開銷相對比較大
多個用戶線程對應一個內核線程,當內核線程對應的一個用戶線程被阻塞掛起時候,其他用戶線程也阻塞不能執(zhí)行了。
多對多模型是可以充分利用多核CPU提升運行效能的
go線程模型包含三個概念:內核線程(M),goroutine(G),G的上下文環(huán)境(P);
GMP模型是goalng特有的。
P與M一般是一一對應的。P(上下文)管理著一組G(goroutine)掛載在M(內核線程)上運行,圖中左邊藍色為正在執(zhí)行狀態(tài)的goroutine,右邊為待執(zhí)行狀態(tài)的goroutiine隊列。P的數量由環(huán)境變量GOMAXPROCS的值或程序運行runtime.GOMAXPROCS()進行設置。
當一個os線程在執(zhí)行M1一個G1發(fā)生阻塞時,調度器讓M1拋棄P,等待G1返回,然后另起一個M2接收P來執(zhí)行剩下的goroutine隊列(G2、G3...),這是golang調度器厲害的地方,可以保證有足夠的線程來運行剩下所有的goroutine。
當G1結束后,M1會重新拿回P來完成,如果拿不到就丟到全局runqueue中,然后自己放到線程池或轉入休眠狀態(tài)??臻e的上下文P會周期性的檢查全局runqueue上的goroutine,并且執(zhí)行它。
另一種情況就是當有些P1太閑而其他P2很忙碌的時候,會從其他上下文P2拿一些G來執(zhí)行。
詳細可以翻看下方第一個參考鏈接,寫得真好。
最后用大佬的總結來做最后的收尾————
Go語言運行時,通過核心元素G,M,P 和 自己的調度器,實現了自己的并發(fā)線程模型。調度器通過對G,M,P的調度實現了兩級線程模型中操作系統(tǒng)內核之外的調度任務。整個調度過程中會在多種時機去觸發(fā)最核心的步驟 “一整輪調度”,而一整輪調度中最關鍵的部分在“全力查找可運行G”,它保證了M的高效運行(換句話說就是充分使用了計算機的物理資源),一整輪調度中還會涉及到M的啟用停止。最后別忘了,還有一個與Go程序生命周期相同的系統(tǒng)監(jiān)測任務來進行一些輔助性的工作。
淺析Golang的線程模型與調度器
Golang CSP并發(fā)模型
Golang線程模型
GO語言由Google公司開發(fā),并于2009年開源,對比Java、Python、C等語言,GO尤其擅長并發(fā)編程,性能堪比C語言,開發(fā)效率比肩Python,被譽為21世紀的C語言。GO語言在云計算、大數據、微服務、高并發(fā)領域,應用非常廣泛。BAT大廠正在把GO作為新項目開發(fā)的首選語言。