goroutine原理的图文详解

Go并发模型

	Don’t communicate by sharing memory; share memory by communicating.
	不要以共享内存的⽅式来通信，要通过通信来共享内存。

Go调度器GMP

Go语⾔运⾏时环境提供了⾮常强⼤的管理goroutine和系统内核线程的调度器， 内部提供了三种
对象： Goroutine， Machine， Processor。

• Goroutine : 指应⽤创建的goroutine
• Machine : 指系统内核线程。
• Processor : 指承载多个goroutine的运⾏器

在宏观上说， Goroutine与Machine因为Processor的存在，形成了多对多（M:N）的关系。 M个
⽤户线程对应N个系统线程，缺点增加了调度器的实现难度。

Goroutine是Go语⾔中并发的执⾏单位。 Goroutine底层是使⽤协程(coroutine)实现， coroutine
是⼀种运⾏在⽤户态的⽤户线程（参考操作系统原理：内核态，⽤户态）它可以由语⾔和框架层
调度。 Go在语⾔层⾯实现了调度器，同时对⽹络， IO库进⾏了封装处理，屏蔽了操作系统层⾯的
复杂的细节，在语⾔层⾯提供统⼀的关键字⽀持。

三者与内核级线程的关系如下图所示：

• ⼀个Machine会对应⼀个内核线程（K），同时会有⼀个Processor与它绑定。⼀个Processor连接
  ⼀个或者多个Goroutine。 Processor有⼀个运⾏时的Goroutine（上图中绿⾊的G），其它的
  Goroutine处于等待状态。

• Processor的数量同时可以并发任务的数量，可通过GOMAXPROCS限制同时执⾏⽤户级任务的操
  作系统线程。 GOMAXPROCS值默认是CPU的可⽤核⼼数，但是其数量是可以指定的。

• 当⼀个Goroutine创建被创建时， Goroutine对象被压⼊Processor的本地队列或者Go运⾏时
  全局Goroutine队列。

• Processor唤醒⼀个Machine，如果Machine的waiting队列没有等待被 唤醒的Machine，则
  创建⼀个（只要不超过Machine的最⼤值， 10000）， Processor获取到Machine后，与此
  Machine绑定，并执⾏此Goroutine。

• Machine执⾏过程中，随时会发⽣上下⽂切换。当发⽣上下⽂切换时，需要对执⾏现场进⾏
  保护，以便下次被调度执⾏时进⾏现场恢复。 Go调度器中Machine的栈保存在Goroutine对
  象上，只需要将Machine所需要的寄存器(堆栈指针、程序计数器等)保存到Goroutine对象上
  即可。

• 如果此时Goroutine任务还没有执⾏完， Machine可以将Goroutine重新压⼊Processor的队
  列，等待下⼀次被调度执⾏。

• 如果执⾏过程遇到阻塞并阻塞超时， Machine会与Processor分离，并等待阻塞结束。此时
  Processor可以继续唤醒Machine执⾏其它的Goroutine，当阻塞结束时， Machine会尝
  试”偷取”⼀个Processor，如果失败，这个Goroutine会被加⼊到全局队列中，然后Machine
  将⾃⼰转⼊Waiting队列，等待被再次唤醒。

channel数据结构

Go依赖于称为CSP（Communicating Sequential Processes）的并发模型，通过
Channel实现这种同步模式。

• channel结构体：

//path： src/runtime/chan.go
type hchan struct {
qcount uint // 当前队列中剩余元素个数
dataqsiz uint // 环形队列⻓度，即可以存放的元素个数
buf unsafe.Pointer // 环形队列指针
elemsize uint16 // 每个元素的⼤⼩
closed uint32 // 标识关闭状态
elemtype *_type // 元素类型
sendx uint // 队列下标，指示元素写⼊时存放到队列中的位置
recvx uint // 队列下标，指示元素从队列的该位置读出
recvq waitq // 等待读消息的goroutine队列
sendq waitq // 等待写消息的goroutine队列
lock mutex // 互斥锁， chan不允许并发读写
}

• 向channel写数据

    向⼀个channel中写数据简单过程如下：
    1. 如果等待接收队列recvq不为空，说明缓冲区中没有数据或者没有缓冲区，此时直接从recvq取出G,并把数据写⼊，最后把该G唤醒，结束发送过程；
    2. 如果缓冲区中有空余位置，将数据写⼊缓冲区，结束发送过程；
    3. 如果缓冲区中没有空余位置，将待发送数据写⼊G，将当前G加⼊sendq，进⼊睡眠，等待被读goroutine唤醒；
  

  

• 从channel读数据

    从⼀个channel读数据简单过程如下：
    1. 如果等待发送队列sendq不为空，且没有缓冲区，直接从sendq中取出G，把G中数据读出，最后把G唤醒，结束读取过程；
    2. 如果等待发送队列sendq不为空，此时说明缓冲区已满，从缓冲区中⾸部读出数据，把G中数据写⼊缓冲区尾部，把G唤醒，结束读取过程；
    3. 如果缓冲区中有数据，则从缓冲区取出数据，结束读取过程；
    4. 将当前goroutine加⼊recvq，进⼊睡眠，等待被写goroutine唤醒；
  

• 关闭channel

    关闭channel时会把recvq中的G全部唤醒，本该写⼊G的数据位置为nil。把sendq中的G全部唤醒，但这些G会panic。
    
    
    除此之外， panic出现的常⻅场景还有：
    
    1. 关闭值为nil的channel
    2. 关闭已经被关闭的channel
    3. 向已经关闭的channel写数据