Goroutine的调度分析(一)

  golang这个新兴的语言，最关键的就在于goroutine，而goroutine的调度又是golang的核心。可以说，没有goroutine，那么这个语言就会毫无意义，没有发明的必要。为了能够更好的写出高质量的代码，最近学习了goroutine的调度，收获良多。写篇文章总结记录一下。

我的参考资料

Analysis of the Go runtime scheduler 一篇分析goroutine的论文，英文的，其实这篇论文写远比很多博客来的通俗易懂，值得一看。
How Goroutines Work这篇博客简略写goroutine和线程的区别，文章底部也有更进一步阅读参考的链接
goroutine与调度器图文并茂的讲了goroutine调度的算法。值得一看。

Go RUNTIME

  Go Runtime 管理着goroutine的调度以及运行时的垃圾回收，而我们今天所讨论主要是goroutine的调度。
  Go程序会被编译成机器码，因为Go提供了,goroutine、channels、垃圾回收，所以就需要一个runtime的框架来支持这些特性。Go 程序可以被看成两层，一层是用户代码，一层是runtime并且是调用一些管理goroutine, channel, 以及一些其他的高层抽象。任何系统调用都要通过runtime层来配合goroutine的调度。下图展示了go程序、Go runtime、以及操作系统之间的关系。

  runtime记录着每一个goroutine的状态，并且会在一个线程池上来调度这些goroutine。goroutine是和线程分离的但是却需要依靠线程来运行。所以，有效地在线程池上调度goroutine对go程序的运行效率就显得非常重要了。

线程和goroutine的区别

内存的消耗

  goroutine的创建是不需要的很多内存的，大约2KB栈空间而已，而一个线程一创建就要约1MB内存，一个服务器一个请求创建一个goroutine而没有任何问题，而一个请求创建一个线程则会导致OutOfMemoryError，任何语言用多线程来实现并发都会遇到这个问题。

创建与销毁的代价

  线程的创建与销毁代价是比较大的，所以往往弄一个线程池来解决这个问题。而goroutine的创建销毁都比较cheap, 当然，其实可以看成go已经实现了线程池。

切换代价

  当线程阻塞，其他的线程必须被调度过来被阻塞线程的位置，当线程切换，调度器需要保存所有的寄存器，通用寄存器、程序计数器、栈指针还有其他一些乱七八槽的寄存器，这样的切换代价是很高的，尤其是在频繁进行线程切换的情况下。
  而goroutine的切换代价就很低了，只需要保存3个寄存器：程序计数寄存器、栈指针以及DX。所以，goroutine调度的切换代价以及时间是可以忽略不计的。

goroutine是怎么执行的

  runtime管理调度着所有的goroutine，从出生到死亡。它会分配一些线程，采用多路复用的策略，来执行goroutine。在任何时候，一个线程会执行一个goroutine，如果这个goroutine阻塞了，这个goroutine就会被换出，这个线程就会执行其他的goroutine。因为goroutine是合作式的调度（这里我也不太明白），那么如果一个goroutine不停的循环就会饿死其他的在这个线程上的goroutine。在go1.2中，这个问题已经有所缓解，当进入一个函数后，runtime会不定时的激活调度器，所以一个没有内联函数的循环会被取代。

goroutine阻塞

  goroutine是轻量级的，并且以下原因中不会造成线程阻塞。

1. 网络输入
2. sleeping
3. channel 操作
4. 通过sync包的阻塞操作

即使产生上万的goroutine，如果它们是以上4种原因阻塞的，也不会造成系统资源的浪费，因为runtime会调度其他的goroutine给这些被多路复用的thread执行。
简单来说，goroutine是在线程之上的轻量级抽象，go的使用者不用解决线程的麻烦，而系统也不会感受到goroutine的存在。

线程和处理器

  尽管你不能直接控制runtime创造线程的数量，但是你可以设置系统使用的处理器的核的数量。通过设置GOMAXPROCS，你就可以增加或减少核的数量来改善你程序的性能了。

思考

  和其他语言一样，避免同时操作共享的内存是很重要的，最好的策略是用channel来实现共享，do not cmmunicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.