go語言-csp模型-併發通道

【前言】go語言的併發機制以及它所使用的CSP併發模型

1、CSP併發模型

　　CSP模型是上個世紀七十年代提出的，用於描述兩個獨立的併發實體經過共享的通信 channel(管道)進行通訊的併發模型。 CSP中channel是第一類對象，它不關注發送消息的實體，而關注與發送消息時使用的channel。

一、Golang CSP

　　Golang 就是借用CSP模型的一些概念爲之實現併發進行理論支持，其實從實際上出發，go語言並無，徹底實現了CSP模型的全部理論，僅僅是借用了 process和channel這兩個概念。process是在go語言上的表現就是 goroutine 是實際併發執行的實體，每一個實體之間是經過channel通信來實現數據共享。　　

二、Channel

　　Golang中使用 CSP中 channel 這個概念。channel 是被單首創建而且能夠在進程之間傳遞，它的通訊模式相似於 boss-worker 模式的，一個實體經過將消息發送到channel 中，而後又監聽這個 channel 的實體處理，兩個實體之間是匿名的，這個就實現實體中間的解耦，其中 channel 是同步的一個消息被髮送到 channel 中，最終是必定要被另外的實體消費掉的，在實現原理上實際上是一個阻塞的消息隊列。

三、Goroutine

　　Goroutine 是實際併發執行的實體，它底層是使用協程(coroutine)實現併發，coroutine是一種運行在用戶態的用戶線程（協程），相似於 greenthread，go底層選擇使用coroutine的出發點是由於，它具備如下特色：

• 用戶空間 避免了內核態和用戶態的切換致使的成本
• 能夠由語言和框架層進行調度
• 更小的棧空間容許建立大量的實例（須要棧空間4-5kb）

　　能夠看到第二條 用戶空間線程的調度不是由操做系統來完成的，像在java 1.3中使用的greenthread的是由JVM統一調度的(後java已經改成內核線程)，還有在ruby中的fiber(半協程) 是須要在從新中本身進行調度的，而goroutine是在golang層面提供了調度器，而且對網絡IO庫進行了封裝，屏蔽了複雜的細節，對外提供統一的語法關鍵字支持，簡化了併發程序編寫的成本。

四、小結

　　goroutine運行在相同的地址空間，所以訪問共享內存必須作好同步。goroutine經過通道（channel）來通訊，而不是共享內存。使用channel用於多個goroutine通訊，內部實現同步。channel底層是一個相似map的數據結構的引用。即，引用傳參。

2、Goroutine 調度器

　　golang使用goroutine作爲最小的執行單位，可是這個執行單位仍是在用戶空間，實際上最後被處理器執行的仍是內核中的線程，用戶線程和內核線程的調度方法有：

• N:1 多個用戶線程對應一個內核線程

  
  
   

  

   

• 1:1 一個用戶線程對應一個內核線程

  
  
  

   

• M:N 用戶線程和內核線程是多對多的對應關係

  
  
   

  

   

golang 經過爲goroutine提供語言層面的調度器，來實現了高效率的M:N線程對應關係

 

　　　　　　　　　　調度示意

　　圖中

• M：是內核線程
• P : 是調度協調，用於協調M和G的執行，內核線程只有拿到了 P才能對goroutine繼續調度執行，通常都是經過限定P的個數來控制golang的併發度
• G : 是待執行的goroutine，包含這個goroutine的棧空間
• Gn : 灰色背景的Gn 是已經掛起的goroutine，它們被添加到了執行隊列中，而後須要等待網絡IO的goroutine，當P經過 epoll查詢到特定的fd的時候，會從新調度起對應的，正在掛起的goroutine。

　　Golang爲了調度的公平性，在調度器加入了steal working 算法 ，在一個P本身的執行隊列，處理完以後，它會先到全局的執行隊列中偷G進行處理，若是沒有的話，再會到其餘P的執行隊列中搶G來進行處理。

       可參考：http://www.javashuo.com/article/p-udofcdfr-bu.html

總結

　　Golang實現了 CSP 併發模型作爲併發基礎，底層使用goroutine作爲併發實體，goroutine很是輕量級能夠建立幾十萬個實體。實體間經過 channel（底層引用數據） 繼續匿名消息傳遞使之解耦，在語言層面實現了自動調度，這樣屏蔽了不少內部細節，對外提供簡單的語法關鍵字，大大簡化了併發編程的思惟轉換和管理線程的複雜性。