2020-08-20：GO語言中的協(xié)程與Python中的協(xié)程的區(qū)別？

福哥答案2020-08-20：

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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(shí)現(xiàn)，協(xié)程是嚴(yán)格的 1:N 關(guān)系，也就是一個(gè)線程對(duì)應(yīng)了多個(gè)協(xié)程。雖然可以實(shí)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(píng)論

Golang 線程和協(xié)程的區(qū)別

線程：

多線程是為了解決CPU利用率的問題，線程則是為了減少上下文切換時(shí)的開銷，進(jìn)程和線程在Linux中沒有本質(zhì)區(qū)別，最大的不同就是進(jìn)程有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間，而線程是共享內(nèi)存空間。

在進(jìn)程切換時(shí)需要轉(zhuǎn)換內(nèi)存地址空間，而線程切換沒有這個(gè)動(dòng)作，所以線程切換比進(jìn)程切換代價(jià)要小得多。

協(xié)程：

想要簡(jiǎn)單，又要性能高，協(xié)程就可以達(dá)到我們的目的，它是用戶視角的一種抽象，操作系統(tǒng)并沒有這個(gè)概念，主要思想是在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)度算法，用少量線程完成大量任務(wù)的調(diào)度。

Goroutine是GO語言實(shí)現(xiàn)的協(xié)程，其特點(diǎn)是在語言層面就支持，使用起來十分方便，它的核心是MPG調(diào)度模型：M即內(nèi)核線程;P即處理器，用來執(zhí)行Goroutine，它維護(hù)了本地可運(yùn)行隊(duì)列;G即Goroutine，代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);S及調(diào)度器，維護(hù)M和P的信息。

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個(gè)很復(fù)雜的機(jī)制，下面嘗試用簡(jiǎn)單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)制，想要對(duì)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(xié)程，每個(gè)go關(guān)鍵字都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級(jí)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(gè)隊(duì)列，存儲(chǔ)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(gè) M 都代表了 1 個(gè)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(duì)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(shí)，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?yàn)镚0進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時(shí)，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(gè)空閑的M1獲取P，繼續(xù)執(zhí)行P隊(duì)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(huì)將G0做不同的處理：

如果有空閑的P，則獲取一個(gè)P，繼續(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P，則將G0放入全局隊(duì)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(gè)線程分布在多個(gè)CPU上同時(shí)運(yùn)行

在Go中一個(gè)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(gè)新的G之后優(yōu)先加入本地隊(duì)列，如果本地隊(duì)列滿了，會(huì)將本地隊(duì)列的G移動(dòng)到全局隊(duì)列里面，當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時(shí)，它可以從全局G隊(duì)列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個(gè)存儲(chǔ)G的隊(duì)列，一個(gè)是局部調(diào)度器P的本地隊(duì)列、一個(gè)是全局G隊(duì)列。新創(chuàng)建的G會(huì)先保存在P的本地隊(duì)列中，如果P的本地隊(duì)列已經(jīng)滿了就會(huì)保存在全局的隊(duì)列中；處理器本地隊(duì)列是一個(gè)使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表，它最多可以存儲(chǔ) 256 個(gè)待執(zhí)行任務(wù)。

G只能運(yùn)行在M中，一個(gè)M必須持有一個(gè)P，M與P是1：1的關(guān)系。M會(huì)從P的本地隊(duì)列彈出一個(gè)可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行，如果P的本地隊(duì)列為空，就會(huì)想其他的MP組合偷取一個(gè)可執(zhí)行的G來執(zhí)行；

一個(gè)M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個(gè)循環(huán)機(jī)制；會(huì)一直從本地隊(duì)列或全局隊(duì)列中獲取G

上面說到P的個(gè)數(shù)默認(rèn)等于CPU核數(shù)，每個(gè)M必須持有一個(gè)P才可以執(zhí)行G，一般情況下M的個(gè)數(shù)會(huì)略大于P的個(gè)數(shù)，這多出來的M將會(huì)在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)發(fā)揮作用。類似線程池，Go也提供一個(gè)M的池子，需要時(shí)從池子中獲取，用完放回池子，不夠用時(shí)就再創(chuàng)建一個(gè)。

work-stealing調(diào)度算法：當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊(duì)列隊(duì)列里的所有G后，P也不會(huì)就這么在那躺尸啥都不干，它會(huì)先嘗試從全局隊(duì)列隊(duì)列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊(duì)列為空，它會(huì)隨機(jī)挑選另外一個(gè)P，從它的隊(duì)列里中拿走一半的G到自己的隊(duì)列中執(zhí)行。

如果一切正常，調(diào)度器會(huì)以上述的那種方式順暢地運(yùn)行，但這個(gè)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(huì)在下面的goroutine被阻塞的情況下運(yùn)行另外一個(gè)goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因?yàn)閏hannel操作或者network I/O而阻塞時(shí)（實(shí)際上golang已經(jīng)用netpoller實(shí)現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會(huì)導(dǎo)致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個(gè)栗子），對(duì)應(yīng)的G會(huì)被放置到某個(gè)wait隊(duì)列(如channel的waitq)，該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting，而M會(huì)跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個(gè)G，如果此時(shí)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(shí)（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(gè)需要執(zhí)行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地隊(duì)列和全局隊(duì)列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當(dāng)M執(zhí)行某一個(gè)G時(shí)候如果發(fā)生了阻塞操作，M會(huì)阻塞，如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行，調(diào)度器會(huì)把這個(gè)線程M從P中摘除，然后再創(chuàng)建一個(gè)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(gè)P。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時(shí)候，這個(gè)G會(huì)嘗試獲取一個(gè)空閑的P執(zhí)行，并放入到這個(gè)P的本地隊(duì)列。如果獲取不到P，那么這個(gè)線程M變成休眠狀態(tài)， 加入到空閑線程中，然后這個(gè)G會(huì)被放入全局隊(duì)列中。

隊(duì)列輪轉(zhuǎn)

可見每個(gè)P維護(hù)著一個(gè)包含G的隊(duì)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(shí)間，將上下文保存下來，然后將G放到隊(duì)列尾部，然后從隊(duì)列中重新取出一個(gè)G進(jìn)行調(diào)度。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個(gè)全局的隊(duì)列，每個(gè)P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)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(duì)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(huì)周期性地查看全局隊(duì)列，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個(gè)全局的隊(duì)列，每個(gè)P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)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(duì)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(huì)周期性地查看全局隊(duì)列，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

M0

M0是啟動(dòng)程序后的編號(hào)為0的主線程，這個(gè)M對(duì)應(yīng)的實(shí)例會(huì)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(dòng)第一個(gè)G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動(dòng)一個(gè)M都會(huì)第一個(gè)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(gè)M都會(huì)有一個(gè)自己的G0，在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時(shí)會(huì)使用G0的?？臻g，全局變量的G0是M0的G0

一個(gè)G由于調(diào)度被中斷，此后如何恢復(fù)？

中斷的時(shí)候?qū)⒓拇嫫骼锏臈Ｐ畔?，保存到自己的G對(duì)象里面。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時(shí)，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(jiǎn)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(jì)者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

為什么go語言適合開發(fā)網(wǎng)游服務(wù)器端

前段時(shí)間在golang-China讀到這個(gè)貼：

個(gè)人覺得golang十分適合進(jìn)行網(wǎng)游服務(wù)器端開發(fā)，寫下這篇文章總結(jié)一下。

從網(wǎng)游的角度看：

要成功的運(yùn)營(yíng)一款網(wǎng)游，很大程度上依賴于玩家自發(fā)形成的社區(qū)。只有玩家自發(fā)形成一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，游戲才能持續(xù)下去，避免鬼城的出現(xiàn)。而這就需要多次大量導(dǎo)入用戶，在同時(shí)在線用戶量達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)的時(shí)候，才有可能完成。因此，多人同時(shí)在線十分有必要。

再來看網(wǎng)游的常見玩法，除了排行榜這類統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)匯總的功能外，基本沒有需要大量CPU時(shí)間的應(yīng)用。以前的項(xiàng)目里，即時(shí)戰(zhàn)斗產(chǎn)生的各種傷害計(jì)算對(duì)CPU的消耗也不大。玩家要完成一次操作，需要通過客戶端-服務(wù)器端-客戶端這樣一個(gè)來回，為了獲得高響應(yīng)速度，滿足玩家體驗(yàn)，服務(wù)器端的處理也不能占用太多時(shí)間。所以，每次請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的CPU占用是比較小的。

網(wǎng)游的IO主要分兩個(gè)方面，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)IO，一個(gè)是磁盤IO。網(wǎng)絡(luò)IO方面，可以分成美術(shù)資源的IO和游戲邏輯指令的IO，這里主要分析游戲邏輯的IO。游戲邏輯的IO跟CPU占用的情況相似，每次請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)很小，但由于多人同時(shí)在線，因此并發(fā)數(shù)相當(dāng)高。另外，地圖信息的廣播也會(huì)帶來比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信。磁盤IO方面，主要是游戲數(shù)據(jù)的保存。采用不同的數(shù)據(jù)庫，會(huì)有比較大的區(qū)別。以前的項(xiàng)目里，就經(jīng)歷了從MySQL轉(zhuǎn)向MongoDB這種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的過程，磁盤IO不再是瓶頸?？傮w來說，還是用內(nèi)存做一級(jí)緩沖，避免大量小數(shù)據(jù)塊讀寫的方案。

針對(duì)網(wǎng)游的這些特點(diǎn)，golang的語言特性十分適合開發(fā)游戲服務(wù)器端。

首先，go語言提供goroutine機(jī)制作為原生的并發(fā)機(jī)制。每個(gè)goroutine所需的內(nèi)存很少，實(shí)際應(yīng)用中可以啟動(dòng)大量的goroutine對(duì)并發(fā)連接進(jìn)行響應(yīng)。goroutine與gevent中的greenlet很相像，遇到IO阻塞的時(shí)候，調(diào)度器就會(huì)自動(dòng)切換到另一個(gè)goroutine執(zhí)行，保證CPU不會(huì)因?yàn)镮O而發(fā)生等待。而goroutine與gevent相比，沒有了python底層的GIL限制，就不需要利用多進(jìn)程來榨取多核機(jī)器的性能了。通過設(shè)置最大線程數(shù)，可以控制go所啟動(dòng)的線程，每個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)goroutine，讓CPU滿負(fù)載運(yùn)行。

同時(shí)，go語言為goroutine提供了獨(dú)到的通信機(jī)制channel。channel發(fā)生讀寫的時(shí)候，也會(huì)掛起當(dāng)前操作channel的goroutine，是一種同步阻塞通信。這樣既達(dá)到了通信的目的，又實(shí)現(xiàn)同步，用CSP模型的觀點(diǎn)看，并發(fā)模型就是通過一組進(jìn)程和進(jìn)程間的事件觸發(fā)解決任務(wù)的。雖然說，主流的編程語言之間，只要是圖靈完備的，他們就都能實(shí)現(xiàn)相同的功能。但go語言提供的這種協(xié)程間通信機(jī)制，十分優(yōu)雅地揭示了協(xié)程通信的本質(zhì)，避免了以往鎖的顯式使用帶給程序員的心理負(fù)擔(dān)，確是一大優(yōu)勢(shì)。進(jìn)行網(wǎng)游開發(fā)的程序員，可以將游戲邏輯按照單線程阻塞式的寫，不需要額外考慮線程調(diào)度的問題，以及線程間數(shù)據(jù)依賴的問題。因?yàn)?，線程間的channel通信，已經(jīng)表達(dá)了線程間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系了，而go的調(diào)度器會(huì)給予妥善的處理。

另外，go語言提供的gc機(jī)制，以及對(duì)指針的保護(hù)式使用，可以大大減輕程序員的開發(fā)壓力，提高開發(fā)效率。

展望未來，我期待go語言社區(qū)能夠提供更多的goroutine間的隔離機(jī)制。個(gè)人十分推崇erlang社區(qū)的脆崩哲學(xué)，推動(dòng)應(yīng)用發(fā)生預(yù)期外行為時(shí)，盡早崩潰，再fork出新進(jìn)程處理新的請(qǐng)求。對(duì)于協(xié)程機(jī)制，需要由程序員保證執(zhí)行的函數(shù)不會(huì)發(fā)生死循環(huán)，導(dǎo)致線程卡死。如果能夠定制goroutine所執(zhí)行函數(shù)的最大CPU執(zhí)行時(shí)間，及所能使用的最大內(nèi)存空間，對(duì)于提升系統(tǒng)的魯棒性，大有裨益。

協(xié)程與異步IO

協(xié)程，又稱微線程，纖程。英文名 Coroutine 。Python對(duì)協(xié)程的支持是通過 generator 實(shí)現(xiàn)的。在generator中，我們不但可以通過for循環(huán)來迭代，還可以不斷調(diào)用 next()函數(shù) 獲取由 yield 語句返回的下一個(gè)值。但是Python的yield不但可以返回一個(gè)值，它還可以接收調(diào)用者發(fā)出的參數(shù)。yield其實(shí)是終端當(dāng)前的函數(shù)，返回給調(diào)用方。python3中使用yield來實(shí)現(xiàn)range，節(jié)省內(nèi)存，提高性能，懶加載的模式。

asyncio是Python 3.4 版本引入的 標(biāo)準(zhǔn)庫 ，直接內(nèi)置了對(duì)異步IO的支持。

從Python 3.5 開始引入了新的語法 async 和 await ，用來簡(jiǎn)化yield的語法：

import asyncio

import threading

async def compute(x, y):

print("Compute %s + %s ..." % (x, y))

print(threading.current_thread().name)

await asyncio.sleep(x + y)

return x + y

async def print_sum(x, y):

result = await compute(x, y)

print("%s + %s = %s" % (x, y, result))

print(threading.current_thread().name)

if __name__ == "__main__":

loop = asyncio.get_event_loop()

tasks = [print_sum(1, 2), print_sum(3, 4)]

loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

loop.close()

線程是內(nèi)核進(jìn)行搶占式的調(diào)度的，這樣就確保了每個(gè)線程都有執(zhí)行的機(jī)會(huì)。而 coroutine 運(yùn)行在同一個(gè)線程中，由語言的運(yùn)行時(shí)中的 EventLoop（事件循環(huán)） 來進(jìn)行調(diào)度。和大多數(shù)語言一樣，在 Python 中，協(xié)程的調(diào)度是非搶占式的，也就是說一個(gè)協(xié)程必須主動(dòng)讓出執(zhí)行機(jī)會(huì)，其他協(xié)程才有機(jī)會(huì)運(yùn)行。

讓出執(zhí)行的關(guān)鍵字就是 await。也就是說一個(gè)協(xié)程如果阻塞了，持續(xù)不讓出 CPU，那么整個(gè)線程就卡住了，沒有任何并發(fā)。

PS: 作為服務(wù)端，event loop最核心的就是IO多路復(fù)用技術(shù)，所有來自客戶端的請(qǐng)求都由IO多路復(fù)用函數(shù)來處理;作為客戶端，event loop的核心在于利用Future對(duì)象延遲執(zhí)行，并使用send函數(shù)激發(fā)協(xié)程,掛起,等待服務(wù)端處理完成返回后再調(diào)用CallBack函數(shù)繼續(xù)下面的流程

Go語言的協(xié)程是 語言本身特性 ，erlang和golang都是采用了CSP(Communicating Sequential Processes)模式(Python中的協(xié)程是eventloop模型)，但是erlang是基于進(jìn)程的消息通信，go是基于goroutine和channel的通信。

Python和Go都引入了消息調(diào)度系統(tǒng)模型，來避免鎖的影響和進(jìn)程/線程開銷大的問題。

協(xié)程從本質(zhì)上來說是一種用戶態(tài)的線程，不需要系統(tǒng)來執(zhí)行搶占式調(diào)度，而是在語言層面實(shí)現(xiàn)線程的調(diào)度 。因?yàn)閰f(xié)程 不再使用共享內(nèi)存/數(shù)據(jù) ，而是使用 通信 來共享內(nèi)存/鎖，因?yàn)樵谝粋€(gè)超級(jí)大系統(tǒng)里具有無數(shù)的鎖，共享變量等等會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)變得無比的臃腫，而通過消息機(jī)制來交流，可以使得每個(gè)并發(fā)的單元都成為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，擁有自己的變量，單元之間變量并不共享，對(duì)于單元的輸入輸出只有消息。開發(fā)者只需要關(guān)心在一個(gè)并發(fā)單元的輸入與輸出的影響，而不需要再考慮類似于修改共享內(nèi)存/數(shù)據(jù)對(duì)其它程序的影響。

線程和協(xié)程有什么區(qū)別呢？

協(xié)同程序（coroutine）與多線程情況下的線程比較類似：有自己的堆棧，自己的局部變量，有自己的指令指針（IP，instruction pointer），但與其它協(xié)同程序共享全局變量等很多信息。

協(xié)程(協(xié)同程序): 同一時(shí)間只能執(zhí)行某個(gè)協(xié)程。開辟多個(gè)協(xié)程開銷不大。協(xié)程適合對(duì)某任務(wù)進(jìn)行分時(shí)處理。

線程: 同一時(shí)間可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程。開辟多條線程開銷很大。線程適合多任務(wù)同時(shí)處理。

1.協(xié)程，即協(xié)作式程序，其思想是，一系列互相依賴的協(xié)程間依次使用CPU，每次只有一個(gè)協(xié)程工作，而其他協(xié)程處于休眠狀態(tài)。協(xié)程實(shí)際上是在一個(gè)線程中，只不過每個(gè)協(xié)程對(duì)CUP進(jìn)行分時(shí)，協(xié)程可以訪問和使用unity的所有方法和component

2.線程，多線程是阻塞式的，每個(gè)IO都必須開啟一個(gè)新的線程，但是對(duì)于多CPU的系統(tǒng)應(yīng)該使用thread，尤其是有大量數(shù)據(jù)運(yùn)算的時(shí)刻，但是IO密集型就不適合；而且thread中不能操作unity的很多方法和component