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相信很多人都聽說過Go語言天然支援高并發，原因是内部有協程（goroutine）加持，可以在一個程序中啟動成千上萬個協程。那麼，它憑什麼做到如此高的并發呢？那就需要先了解什麼是并發模型。
并發模型
著名的C++專家Herb Sutter曾經說過“免費的午餐已經終結”。為了讓代碼運作的更快，單純依靠更快的硬體已經無法得到滿足，我們需要利用多核來挖掘并行的價值，而并發模型的目的就是來告訴你不同執行實體之間是如何協作的。
當然，不同的并發模型的協作方式也不盡相同，常見的并發模型有七種：
- 線程與鎖
- 函數式程式設計
- Clojure之道
- actor
- 通訊順序程序（CSP）
- 資料級并行
- Lambda架構
而今天，我們隻講與Go語言相關的并發模型CSP。
CSP篇
CSP，全稱Communicating Sequential Processes，意為通訊順序程序，它是七大并發模型中的一種，它的核心觀念是将兩個并發執行的實體通過通道channel連接配接起來，所有的消息都通過channel傳輸。其實CSP概念早在1978年就被東尼·霍爾提出，由于近來Go語言的興起，CSP又火了起來。
那麼CSP與Go語言有什麼關系呢？接下來我們來看Go語言對CSP并發模型的實作——GPM排程模型。
GPM排程模型
GPM代表了三個角色，分别是Goroutine、Processor、Machine。
- Goroutine：就是咱們常用的用go關鍵字建立的執行體，它對應一個結構體g，結構體裡儲存了goroutine的堆棧資訊
- Machine：表示作業系統的線程
- Processor：表示處理器，有了它才能建立G、M的聯系
Goroutine
Goroutine就是代碼中使用go關鍵詞建立的執行單元，也是大家熟知的有“輕量級線程”之稱的協程，協程是不為作業系統所知的，它由程式設計語言層面實作，上下文切換不需要經過核心态，再加上協程占用的記憶體空間極小，是以有着非常大的發展潛力。
在Go語言中，Goroutine由一個名為runtime.go的結構體表示，該結構體非常複雜，有40多個成員變量，主要存儲執行棧、狀态、目前占用的線程、排程相關的資料。還有玩大家很想擷取的goroutine辨別，但是很抱歉，官方考慮到Go語言的發展，設定成私有了，不給你調用😏。
stack struct {
lo uintptr
hi uintptr
} // 棧記憶體：[stack.lo, stack.hi)
stackguard0 uintptr
stackguard1 uintptr
_panic *_panic
_defer *_defer
m *m // 目前的 m
sched gobuf
stktopsp uintptr // 期望 sp 位于棧頂，用于回溯檢查
param unsafe.Pointer // wakeup 喚醒時候傳遞的參數
atomicstatus uint32
goid int64
preempt bool // 搶占信号，stackguard0 = stackpreempt 的副本
timer *timer // 為 time.Sleep 緩存的計時器
...
} Goroutine排程相關的資料存儲在sched，在協程切換、恢複上下文的時候用到。
sp uintptr
pc uintptr
g guintptr
ret sys.Uintreg
...
} Machine
M就是對應作業系統的線程，最多會有GOMAXPROCS個活躍線程能夠正常運作，預設情況下GOMAXPROCS被設定為核心數，假如有四個核心，那麼預設就建立四個線程，每一個線程對應一個runtime.m結構體。線程數等于CPU個數的原因是，每個線程配置設定到一個CPU上就不至于出現線程的上下文切換，可以保證系統開銷降到最低。
M裡面存了兩個比較重要的東西，一個是g0，一個是curg。
g0：會深度參與運作時的排程過程，比如goroutine的建立、記憶體配置設定等
curg：代表目前正線上程上執行的goroutine。
剛才說P是負責M與G的關聯，是以M裡面還要存儲與P相關的資料。
- p：正在運作代碼的處理器
- nextp：暫存的處理器
- old：系統調用之前的線程的處理器
Processor
Proccessor負責Machine與Goroutine的連接配接，它能提供線程需要的上下文環境，也能配置設定G到它應該去的線程上執行，有了它，每個G都能得到合理的調用，每個線程都不再渾水摸魚，真是居家必備之良品。
同樣的，處理器的數量也是預設按照GOMAXPROCS來設定的，與線程的數量一一對應。
sp uintptr
pc uintptr
g guintptr
ret sys.Uintreg
...
} 結構體P中存儲了性能追蹤、垃圾回收、計時器等相關的字段外，還存儲了處理器的待運作隊列，隊列中存儲的是待執行的Goroutine清單。
三者的關系
首先，預設啟動四個線程四個處理器，然後互相綁定。
這個時候，一個Goroutine結構體被建立，在進行函數體位址、參數起始位址、參數長度等資訊以及排程相關屬性更新之後，它就要進到一個處理器的隊列等待發車。
啥，又建立了一個G？那就輪流往其他P裡面放呗，相信你排隊取号的時候看到其他視窗沒人排隊也會過去的。
假如有很多G，都塞滿了怎麼辦呢？那就不把G塞到處理器的私有隊列裡了，而是把它塞到全局隊列裡（候車大廳）。
除了往裡塞之外，M這邊還要瘋狂往外取，首先去處理器的私有隊列裡取G執行，如果取完的話就去全局隊列取，如果全局隊列裡也沒有的話，就去其他處理器隊列裡偷，哇，這麼饑渴，簡直是惡魔啊！
如果哪裡都沒找到要執行的G呢？那M就會因為太失望和P斷開關系，然後去睡覺（idle）了。
那如果兩個Goroutine正在通過channel做一些恩恩愛愛的事阻塞住了怎麼辦，難道M要等他們完事了再繼續執行？顯然不會，M并不稀罕這對Go男女，而會轉身去找别的G執行。
系統調用
如果G進行了系統調用syscall，M也會跟着進入系統調用狀态，那麼這個P留在這裡就浪費了，怎麼辦呢？這點精妙之處在于，P不會傻傻的等待G和M系統調用完成，而會去找其他比較閑的M執行其他的G。
當G完成了系統調用，因為要繼續往下執行，是以必須要再找一個空閑的處理器發車。
如果沒有空閑的處理器了，那就隻能把G放回全局隊列當中等待配置設定。
sysmon
sysmon是我們的保潔阿姨，它是一個M，又叫監控線程，不需要P就可以獨立運作，每20us~10ms會被喚醒一次出來打掃衛生，主要工作就是回收垃圾、回收長時間系統排程阻塞的P、向長時間運作的G發出搶占排程等等。
詞條解釋
東尼·霍爾
東尼·霍爾，英國計算機科學家，圖靈獎得主，他設計了牛氣沖天的快速排序算法、霍爾邏輯以及CSP模型。2011年獲頒約翰·馮諾依曼獎。
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原文釋出時間：2020-04-17
本文作者：平也
本文來自：“
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