Golang 协程/线程/进程 区别以及 GMP 详解

在 Golang 中，协程（goroutine）、线程（thread）和进程（process）是并发编程中的重要概念。让我们逐个介绍它们的区别和特点：

1. 协程（goroutine）：

• 协程是 Go 语言中的轻量级线程，由 Go 运行时（runtime）管理。
• 它是一种并发执行的单位，比线程更轻量级，启动和销毁开销较小。
• Go 语言使用关键字 go 来启动一个协程，它会在后台运行，与其他协程并发执行。
• 协程之间通过通道（channel）进行通信，实现数据的传递和同步。
• 协程可以方便地进行并发编程，但是不能直接利用多核 CPU 的优势，因为默认情况下只会在一个操作系统线程上运行。

2. 线程（thread）：

• 线程是操作系统调度的基本单位，用于执行程序中的指令。
• 在操作系统级别，线程是由内核进行调度的。
• 一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，如内存空间和文件描述符等。
• 线程之间可以通过共享内存进行通信，但需要额外的同步机制来避免竞态条件和数据访问冲突。
• 在多核 CPU 上，多个线程可以并行执行，利用了多核的优势。

3. 进程（process）：

• 进程是操作系统中运行的一个程序的实例。
• 进程是独立的、隔离的执行环境，拥有自己的内存空间和系统资源。
• 进程之间通常通过进程间通信（IPC）机制进行通信，如管道、信号量、套接字等。
• 进程之间的切换开销较大，但它们提供了更高的隔离性和安全性。

Golang 的运行时系统使用了 GMP（Goroutine Message Passing）模型来管理协程的调度和执行。下面是对 GMP 的一些详细解释：

GMP 是 Golang 运行时系统中的一种并发模型，用于实现协程的调度和管理。

GMP 模型将协程（goroutine）映射到操作系统线程（OS thread）上，使得多个协程可以在多个操作系统线程上并发执行。

在 GMP 模型中，有三种类型的实体：

1. Goroutine（协程）：代表可执行的代码块，是 Golang 并发的基本单位。
2. M（操作系统线程）：代表操作系统线程，负责执行协程。
3. P（处理器上下文）：代表处理器上下文，负责调度协程到操作系统线程上执行。

在 GMP 模型中，存在一个全局运行队列（global runqueue）和每个 M 对应的本地运行队列（local runqueue）。

• 当一个 M 空闲时，它会从全局运行队列中获取一个协程，并将其放入本地运行队列，然后执行该协程。
• 如果本地运行队列为空，M 会去全局运行队列获取协程。
• 当一个协程被阻塞（如等待 I/O 操作完成）时，M 会释放操作系统线程，允许其他协程执行。
• 当一个协程被唤醒时，M 可能会重新获取操作系统线程，并执行该协程。

具体代码实例：

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
	"sync"
)

func main() {
	// 协程示例
	go hello()

	// 线程示例
	var wg sync.WaitGroup
	wg.Add(1)
	go func() {
		defer wg.Done()
		fmt.Println("This is a thread")
	}()

	// 进程示例
	fmt.Println("This is a process")

	// 等待协程和线程执行完毕
	wg.Wait()
}

func hello() {
	fmt.Println("Hello, goroutine!")
}

func init() {
	// 设置 GOMAXPROCS（操作系统线程数）为 1，以模拟单线程模式
	runtime.GOMAXPROCS(1)
}

我们使用了 go 关键字来启动一个协程，执行了一个简单的 hello 函数。同时，我们使用了 sync.WaitGroup 来等待线程的执行完成。在 init 函数中，我们将 GOMAXPROCS 设置为 1，以模拟单线程模式。

请注意：具体的并发模型和调度行为取决于 Golang 运行时系统的实现，可能会因不同版本和配置而有所不同。以上代码只是一个简单示例，用于演示协程、线程和进程的区别，并介绍了 GMP 的基本概念。