【Go笔记】协程

进程与线程

• 一个进程可以有单个或者多个线程
• 线程之间共享进程的内存等资源
• 进程之间相互独立，有独立的内存空间，机器码，状态，资源描述符等
• 开启一个新进程的开销比一个新线程大得多，且多进程之间通信困难
• 操作系统调度CPU的最小单位是线程，单核CPU使用交织线程，多核可实现真正的并行处理

线程的上下文切换

• 实际运行中，线程数量比CPU核心数多得多
• 为了平衡每个线程的执行时间，操作系统需要再适当的时间通过定时器中断、IO设备中断、系统调用时来执行上下文切换
• 线程上下文切换时，需要从操作系统用户态转向内核态，记录上一个线程的重要寄存器值、进程状态等信息，记录在操作系统栈控制块中
• 切换到下一个线程时，需要加载CPU所需的重要寄存器值，然后从内核态转移到操作系统用户态。如果这俩线程不属于同一个进程，那么还要更新额外的状态信息以及内存地址空间，将新的页表导入内存
• 进程间切换中最大的问题在于内存地址空间的切换导致的缓存失效，所以不同进程切换要显著慢于同一进程中不同线程的切换。当然，现代CPU使用快速上下文切换技术来解决不同进程之间缓存失效的问题

线程与协程

• Go中，协程被认为是轻量级的线程，但是操作系统的内核其实感知不到写成的存在
• 协程的管理依赖Go运行时自身提供的调度器，同时Go中的协程是从属于某一个线程的

¶调度方式

• 协程是用户态的，管理依赖Go运行时调度器
• Go中协程是属于某一线程的，对应关系为m:n，为多对多，一个协程也可以被分配到多个线程中执行

¶上下文切换速度

• 协程速度要快于现成，是因为协程切换不用经过操作系统用户态与内核态之间的切换
• Go中的协程切换只需要保留极少的状态和寄存器变量值
• 线程切换速度为1~2微秒，协程切换速度为0.2微秒左右

¶调度策略

• 线程的调度大部分是抢占式的，会定时强制执行上下文切换
• 协程在一般情况下是协作式调度，完成自己的任务之后，可以主动将执行权限让给其他协程
• 所以协程相比如进程可以更好地在规定时间内完成自己的工作

¶栈的大小

• 线程的栈大小一般是在创建时指定的，为了避免栈溢出，通常会比较大，大大限制了线程的创建数量
• 协程的栈大小是可以动态扩容，初始栈大小很小，因此在实践中可以将协程看做轻量的资源

并发与并行

• 并发指结果，在一定时间段内把所有任务执行完即可，一般指单核处理多任务的抢占式执行
• 并行指状态，在同一时间有多个任务同时执行
• 至极的多核场景中，并发和并行常常是同时存在的，多核在并行地处理多个线程，单核的多个线程又在上下文切换中交替执行
• Go语言中的协程依托于线程，而协程可能被分配到多个线程中，线程可能被并行会并发执行，因此协程可能被并行或并发执行。但是并发是更加常见的现象

主协程与子协程

• main()函数是特殊的协程，是主协程；主协程退出时，程序直接退出，不会有任何输出
• 主协程如果有需要的话，需要等待子协程都执行完才能退出

GMP模型浅谈

• Go语言中最经典的模型之一，生动概括了线程与协程的关系
• G - Goroutine，即Go中的协程
• M - 实际的线程
• P - Processor，逻辑处理器
• 在任意时刻，一个P可能在本地包含多个G，一个P只能绑定一个M
• 一个G并不是固定绑定同一个P，有很多情况会导致P中的G转移到其他P中
• 一个P只能对应一个M，但是也不行固定一个M，一个M也可能转移到其他P中执行