Go語言的線程模型-Goroutine機制

  大多數Go語言的使用者認為Go語言是網際網路時代的C語言，為應用而生，當然我也這麼覺得哈哈哈，聽君一席話真是如聽君一席話。

  目前可以實作并發執行的模型主要有四種,多程序、多線程、基于回調的非阻塞/異步IO、協程。

• 多程序。多程序是在作業系統層面進行并發的基本模式。同時也是開銷最大的模式。在Linux平台上，很多工具鍊正是采用這種模式在工作。比如某個Web伺服器，它會有專門的程序負責網絡端口的監聽和連結管理，還會有專門的程序負責事務和運算。這種方法的好處在于簡單、程序間互不影響，壞處在于系統開銷大，因為所有的程序都是由核心管理的。

• 多線程。多線程在大部分作業系統上都屬于系統層面的并發模式，也是我們使用最多的最有效的一種模式。目前，我們所見的幾乎所有工具鍊都會使用這種模式。它比多程序的開銷小很多，但是其開銷依舊比較大，且在高并發模式下，效率會有影響。

• 基于回調的非阻塞/異步IO。這種架構的誕生實際上來源于多線程模式的危機。在很多高并發伺服器開發實踐中，使用多線程模式會很快耗盡伺服器的記憶體和CPU資源。而這種模式通過事件驅動的方式使用異步IO，使伺服器持續運轉，且盡可能地少用線程，降低開銷，它目前在Node.js中得到了很好的實踐。但是使用這種模式，程式設計比多線程要複雜，因為它把流程做了分割，對于問題本身的反應不夠自然。

• 協程。協程（Coroutine）本質上是一種使用者态線程，不需要作業系統來進行搶占式排程，且在真正的實作中寄存于線程中，是以，系統開銷極小，可以有效提高線程的任務并發性，而避免多線程的缺點。使用協程的優點是程式設計簡單，結構清晰；缺點是需要語言的支援，如果不支援，則需要使用者在程式中自行實作排程器。目前，原生支援協程的語言還很少。

• Go語言就是原生支援協程的語言，Go語言的線程用過的都知道是由go關鍵字來開啟，由channel來完成線程之間的通信，那麼再底層是由什麼架構來實作的呢？
• Go語言的線程模型實際是協程的一種實作，叫goroutine機制。這個機制可以簡單分為四個部分，使用者線程，系統線程、使用者線程排程器和核心排程器。
• 其中使用者線程由goroutine來維護，簡稱為G，包含了棧、指針等，系統線程可以簡單了解為CPU處理核心，簡稱為M-Machine，使用者現場排程器控制G和M的對應關系，簡稱為P-Processor，核心排程器排程系統線程和CPU核心的對應關系。為什麼說Go語言适用于高并發呢，答案就在這裡，因為G可以同時維護多個使用者線程，而G可以同時存在多個，P負責排程G與M的對應關系。簡單點說就是多個線程對應多個協程，多個協程對應多個系統線程，多個系統線程對應多個核心處理器，進而充分的利用計算資源。
• 實際工作中，為了友善了解，這裡簡化了實際流程，P的作用遠不止這麼簡單，核心和系統線程的對應一般也是多對多的。假如我們在兩個雙核CPU（4個核心）上同時發起了16次運算請求-16個使用者線程，這16個x線程将進入4個G，也就是4個goroutine隊列，大概如下圖

• 使用者發起的線程進入不同的Goroutine隊列，由P來排程G與M的對應，最後再CPU上完成運算。
• 當然實際上的并發會有很多問題，比如線程阻塞、搶占式排程等問題，這些問題接下來再讨論。