详细叙述Golang中的Goroutine调度策略？

八股文_Go机制 0 166

参考回答

Golang 的 Goroutine 调度基于一种轻量级的线程调度机制，被称为 GMP 模型。它包括三个核心部分：G（Goroutine）、M（系统线程）和 P（处理器）。调度器通过 M 和 P 协作，将多个 Goroutine 高效地运行在有限的系统线程上，实现并发。主要策略如下：

工作窃取（Work Stealing）：当某个 P 运行队列中的 Goroutine 执行完时，它会尝试从其他 P 的队列中“窃取”任务，保证线程资源不空闲。
阻塞与系统调用：当 Goroutine 执行阻塞操作时，调度器会把阻塞的 M 交还给操作系统，换用另一个空闲的 M 执行其他 Goroutine。
抢占式调度：从 Go 1.14 开始，加入了抢占式调度。如果某个 Goroutine 长时间占用 CPU，会被强制暂停，以便其他 Goroutine 有机会运行。

这套调度策略使 Goroutine 的调度非常高效，并能充分利用多核 CPU 的性能。

详细讲解与拓展

Goroutine 是 Go 中实现高并发的核心，它比系统线程更加轻量，每个 Goroutine 仅占用少量内存（约 2KB 起步），并且支持动态增长。那么，如何通过调度器高效管理成千上万的 Goroutine 呢？以下是重点的讲解和拓展：

1. GMP 模型

G（Goroutine）：运行的逻辑单元，相当于用户态的线程。
M（Machine）：代表一个系统线程，操作系统负责调度它。
P（Processor）：表示逻辑上的处理器，维护着一组运行队列（队列中存储待执行的 Goroutine）。

调度器会将 Goroutine 放入 P 的本地队列中运行，当本地队列满时，溢出的 Goroutine 会被放入全局队列。

示例：GMP 模型运行过程

创建 Goroutine 时，会将其放入一个 P 的本地队列中。
M（线程）绑定一个 P，取出队列中的 Goroutine 执行。
当 P 队列空闲时，M 会从全局队列或其他 P 队列中“窃取”任务。
阻塞的 Goroutine 会挂起对应的线程，调度器为 P 绑定新的线程继续工作。

2. 工作窃取（Work Stealing）

工作窃取策略是一种负载均衡机制，用于在多核环境下优化 Goroutine 分布。当某个 P 的本地队列为空时，它会尝试从其他 P 的队列中窃取 Goroutine，以避免资源闲置。例如：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func worker(id int) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Printf("Worker %d: %d\n", id, i)
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
    }
}

func main() {
    for i := 1; i <= 10; i++ {
        go worker(i)
    }
    time.Sleep(2 * time.Second)
}

在这段代码中，10 个 Goroutine 会被均匀分配到不同的 P 上。当某些 P 上的 Goroutine 执行完毕时，会“窃取”其他 P 的任务，从而提升并行效率。

3. 阻塞与系统调用

如果某个 Goroutine 执行了阻塞操作（例如网络 I/O），Goroutine 会自动交出 M，P 会绑定另一个 M 来执行其他任务。Go 调度器通过 epoll、kqueue 等系统调用机制检测 I/O 状态，而不是让线程空闲等待。

4. 抢占式调度

Go 1.14 之前，调度器是协作式的，意味着 Goroutine 必须主动让出 CPU，才能让其他 Goroutine 执行。Go 1.14 引入了抢占式调度，即 Goroutine 长时间占用 CPU 会被强制中断。例如：

package main

func busyLoop() {
    for {
        // 模拟一个 CPU 密集型任务
    }
}

func main() {
    go busyLoop()
    select {} // 阻塞主线程
}

如果没有抢占式调度，busyLoop 会让其他 Goroutine 无法运行。但在抢占式调度下，调度器会定期检查 Goroutine 并暂停长时间运行的 Goroutine。

5. 动态栈管理

Goroutine 的栈大小可以动态扩展（从 2KB 起步），这与系统线程的固定栈不同。动态栈管理使得 Goroutine 能高效利用内存资源。例如，当 Goroutine 需要更多栈空间时，调度器会分配一个更大的栈并拷贝原栈内容。

总结

GMP 模型 是 Golang 调度器的核心，将 Goroutine 的执行与系统线程解耦，提升了并发性能。
工作窃取 和 抢占式调度 确保任务负载均衡和高效执行。
动态栈和阻塞处理机制使 Goroutine 更加轻量化且易于扩展。

理解 Goroutine 的调度策略不仅有助于编写高效的并发程序，还能帮助深入优化系统性能。