Go语言并发编程的核心 —— GMP调度模型

在Go语言中,GMP调度模型是实现并发的重要手段之一。GMP调度模型的核心思想是将M(Machine)、G(Goroutine)和P(Processor)三个概念分离开来,通过调度器来协调它们之间的关系,从而实现高效的并发。

M(Machine)

M代表着操作系统中的线程,它是Go语言中的执行单位。在程序启动时,Go语言会创建一定数量的M,每个M都会绑定一个P。M的数量默认是CPU核心数,但是可以通过GOMAXPROCS环境变量来设置。

G(Goroutine)

Goroutine是Go语言中的轻量级线程,它可以与M一起调度执行。在程序中,我们可以通过关键字go来启动一个Goroutine,例如:

go func() {
    // 处理业务逻辑
}()

在上面的例子中,我们使用go关键字启动了一个Goroutine,并在其中执行业务逻辑。需要注意的是,Goroutine是由Go语言的运行时(runtime)进行调度的,而不是由操作系统进行调度,因此它具有轻量级、高效等特点。

P(Processor)

Processor是Go语言中的处理器,它负责将Goroutine分配给M执行。每个M都会绑定一个P,而P的数量可以通过runtime.NumCPU()来获取(不同于M的数量)。

调度器

调度器是GMP调度模型的核心,它负责将Goroutine分配给M执行,并在M的数量不足时创建新的M。调度器还可以将M从一个P转移到另一个P,以达到负载均衡的目的。

调度器的实现方式比较复杂,但是它的工作原理可以简单概括如下:

  • 当一个Goroutine被启动时,它会被放入一个全局的运行队列中(称为全局队列)。
  • 当一个M空闲时,它会从全局队列中获取一个Goroutine,并开始执行它。
  • 当一个Goroutine阻塞时,它会被放入一个本地的等待队列中(称为本地队列)。
  • 当一个M中的本地队列为空时,它会从全局队列中获取一批Goroutine,并将它们放入本地队列中。
  • 当一个P中的本地队列为空时,它会从其他P中的本地队列中获取一批Goroutine,并将它们放入本地队列中。
  • 当一个M执行时间过长时,调度器会中断它的执行,并将它的状态保存到一个全局的挂起队列中。下次该M被分配到执行时,它会从挂起队列中恢复状态,并继续执行。
  • 当一个M执行的Goroutine数量达到一定阈值时,调度器会将它的状态保存到一个全局的休眠队列中。下次该M被分配到执行时,它会从休眠队列中恢复状态,并继续执行。

下面我们来看一个简单的示例,它通过启动多个Goroutine来计算斐波那契数列的值:

package main

import "fmt"

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func() {
            fmt.Println(fib(40))
        }()
    }
}

func fib(n int) int {
    if n < 2 {
        return n
    }
    return fib(n-1) + fib(n-2)
}

在上面的例子中,我们启动了10个Goroutine,并在其中计算斐波那契数列的值。由于斐波那契数列的计算是CPU密集型的,因此这个程序会利用GMP调度模型来实现高效的并发。

注意事项

在使用GMP调度模型时,需要注意以下几点:

  • 不要在Goroutine中阻塞或者进行长时间的计算,这会导致M被挂起或者休眠,从而影响程序的性能。
  • 不要在Goroutine中访问共享资源时不加锁,这会导致数据竞争,从而引发难以排查的bug。
  • 不要将过多的Goroutine放入全局队列中,这会导致调度器的性能下降,从而影响程序的性能。
  • 不要将过多的M创建出来,这会导致系统资源的浪费,从而影响程序的性能。
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