Go面试:当runtime.GOMAXPROCS(1)时多个协程的执行顺序是固定的,没有随机性。参考答案有误

网上有一道关于多个协程的执行顺序的题目。 下面的代码会输出什么,并说明原因

func main() {
        runtime.GOMAXPROCS(1)
        wg := sync.WaitGroup{}
        wg.Add(20)
        for i := 0; i < 10; i++ {
                go func() {
                        fmt.Println("A: ", i)
                        wg.Done()
                }()
        }
        for i := 0; i < 10; i++ {
                go func(i int) {
                        fmt.Println("B: ", i)
                        wg.Done()
                }(i)
        }
        wg.Wait()
}

这道题的参考答案是:“打印的顺序是随机的。 但是A:均为输出10,B:从0~9输出(顺序不定)。” 
A的输出是10,B是0-9,这个是变量的作用域不同引起的,这个很好理解。但是输出顺序是不是随机的呢?经过验证,当runtime.GOMAXPROCS(1)时,即只有1个操作系统线程可供用户的Go代码使用时,多个协程的执行顺序是固定不变的,具体顺序跟不同的Go版本的具体实现有关。

为了方便说明问题,在wg.Wait()前后各加一句打印输出:

        fmt.Printf("---main end loop---\n")
        wg.Wait()
        fmt.Printf("---  main exit  ---\n")

例如在Go1.13.8和Go1.14.6输出顺序固定为:

---main end loop---
B:  9
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
B:  0
B:  1
B:  2
B:  3
B:  4
B:  5
B:  6
B:  7
B:  8
---  main exit  ---

而在更早期的版本,如果Go1.4的输出顺序则固定为:

---main end loop---
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
A:  10
B:  0
B:  1
B:  2
B:  3
B:  4
B:  5
B:  6
B:  7
B:  8
B:  9
---  main exit  ---

可以看到“---main end loop---”总是最先输出,表明在1个操作系统线程的情况下,只有main协程执行到wg.Wait()阻塞等待时,其子协程才能被执行,而子协程的执行顺序正好对应于它们入队列的顺序。其中Go1.13.8和Go1.14.6,在实现上和早期版本有一点不同,每增加一个子协程就把其对应的函数地址存放到”_p_.runnext“,而把”_p_.runnext“原来的地址(即上一个子协程对应的函数地址)移动到队列”_p_.runq“里面,这样当执行到wg.Wait()时,”_p_.runnext“存放的就是最后一个子协程对应的函数地址(即输出B: 9的那个子协程)。当开始执行子协程对应的函数时,首先执行”_p_.runnext“对应的函数,然后按先进先出的顺序执行队列”_p_.runq“里的函数。所以这就解释了为什么总是B:9打在第一个,而后面打印的则是进入队列的顺序。

相关源码:$GOROOT/src/runtime/proc.go

入队列:

// runqput tries to put g on the local runnable queue.
// If next is false, runqput adds g to the tail of the runnable queue.
// If next is true, runqput puts g in the _p_.runnext slot.
// If the run queue is full, runnext puts g on the global queue.
// Executed only by the owner P.
func runqput(_p_ *p, gp *g, next bool) {
        if randomizeScheduler && next && fastrand()%2 == 0 {
                next = false
        }

        if next {
        retryNext:
                oldnext := _p_.runnext
                //把子协程gp对应的函数地址赋值给_p_.runnext
                if !_p_.runnext.cas(oldnext, guintptr(unsafe.Pointer(gp))) {
                        goto retryNext
                }
                if oldnext == 0 {

                        return
                }
                // Kick the old runnext out to the regular run queue.
                //从这句以下都是把_p_.runnext原来存放的上一个子协程的函数地址放入队列_p_.runq
                gp = oldnext.ptr()
        }

retry:
        h := atomic.LoadAcq(&_p_.runqhead) // load-acquire, synchronize with consumers
        t := _p_.runqtail
        if t-h < uint32(len(_p_.runq)) {
                _p_.runq[t%uint32(len(_p_.runq))].set(gp)
                atomic.StoreRel(&_p_.runqtail, t+1) // store-release, makes the item available for consumption
                return
        }
        //print("runqput call runqputslow goid=", gp.goid, "\n")
        if runqputslow(_p_, gp, h, t) {
                return
        }
        // the queue is not full, now the put above must succeed
        goto retry
}

出队列: 

// Get g from local runnable queue.
// If inheritTime is true, gp should inherit the remaining time in the
// current time slice. Otherwise, it should start a new time slice.
// Executed only by the owner P.
func runqget(_p_ *p) (gp *g, inheritTime bool) {
        // If there's a runnext, it's the next G to run.
        //第一个For循环是优先返回_p_.runnext对应的子协程函数地址, 返回之前会把_p_.runnext赋值为0,后续会break到下面第二个For循环
        for {
                next := _p_.runnext
                if next == 0 {
                        break
                }

                if _p_.runnext.cas(next, 0) {
                        return next.ptr(), true
                }
        }
        //按先进先出顺序返回队列_p_.runq里面存储的子协程函数地址
        for {
                h := atomic.LoadAcq(&_p_.runqhead) // load-acquire, synchronize with other consumers
                t := _p_.runqtail
                if t == h {
                        return nil, false
                }
                gp := _p_.runq[h%uint32(len(_p_.runq))].ptr()
                if atomic.CasRel(&_p_.runqhead, h, h+1) { // cas-release, commits consume
                        return gp, false
                }
        }
}

 

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