《Go 語言程序設計》讀書筆記 (七) Goroutine 與系統線程的區別

goroutine和線程的區別

動態棧

每個OS線程都有一個固定大小的內存塊(通常會是2MB)來作棧，這個棧會用來存儲當前正在被調用或掛起(指在調用其它函數時)的函數的內部變量。這個固定大小的棧同時很大又很小。由於2MB的棧對於一個小小的goroutine來講是很大的內存浪費，好比對於咱們用到的，一個只是用來WaitGroup以後關閉channel的goroutine來講。而對於go程序來講，同時建立成百上千個gorutine是很是廣泛的，若是每個goroutine都須要這麼大的棧的話，那這麼多的goroutine就不太可能了。除去大小的問題以外，固定大小的棧對於更復雜或者更深層次的遞歸函數調用來講顯然是不夠的。修改固定的大小能夠提高空間的利用率容許建立更多的線程，而且能夠容許更深的遞歸調用，不過這二者是無法同時兼備的。

相反，一個goroutine會以一個很小的棧開始其生命週期，通常只須要2KB。一個goroutine的棧，和操做系統線程同樣，會保存其活躍或掛起的函數調用的本地變量，可是和OS線程不太同樣的是一個goroutine的棧大小並非固定的；棧的大小會根據須要動態地伸縮。而goroutine的棧的最大值有1GB，比傳統的固定大小的線程棧要大得多，儘管通常狀況下，大多goroutine都不須要這麼大的棧。

goroutine 調度

OS線程會被操做系統內核調度。每幾毫秒，一個硬件計時器會中斷處理器，這會調用一個叫作scheduler的內核函數。這個函數會掛起當前執行的線程並保存內存中它的寄存器內容，檢查線程列表並決定下一次哪一個線程能夠被運行，並從內存中恢復該線程的寄存器信息，而後恢復執行該線程的現場並開始執行線程。由於操做系統線程是被內核所調度，因此從一個線程向另外一個「移動」須要完整的上下文切換，也就是說，保存一個用戶線程的狀態到內存，恢復另外一個線程的到寄存器，而後更新調度器的數據結構。這幾步操做很慢，由於其局部性不好須要幾回內存訪問，而且會增長運行的cpu週期。

Go的運行時包含了其本身的調度器，這個調度器使用了一些技術手段，好比m:n調度，由於其會在n個操做系統線程上多工(調度)m個goroutine。Go調度器的工做和內核的調度是類似的，可是這個調度器只關注單獨的Go程序中的goroutine。

和操做系統的線程調度不一樣的是，Go調度器並非用一個硬件定時器而是被Go語言"建築"自己進行調度的。例如當一個goroutine調用了time.Sleep或者被channel調用或者mutex操做阻塞時，調度器會使其進入休眠並開始執行另外一個goroutine直到時機到了再去喚醒第一個goroutine。由於由於這種調度方式不須要進入內核的上下文，因此從新調度一個goroutine比調度一個線程代價要低得多。

GOMAXPROCS

Go的調度器使用了一個叫作GOMAXPROCS的變量來決定會有多少個操做系統的線程同時執行Go的代碼。其默認的值是運行機器上的CPU的核心數，因此在一個有8個核心的機器上時，調度器一次會在8個OS線程上去調度GO代碼。(GOMAXPROCS是前面說的m:n調度中的n)。在休眠中的或者在通訊中被阻塞的goroutine是不須要一個對應的線程來作調度的。在I/O中或系統調用中或調用非Go語言函數時，是須要一個對應的操做系統線程的，可是GOMAXPROCS並不須要將這幾種狀況計數在內。

你能夠用GOMAXPROCS的環境變量顯式地控制這個參數，或者也能夠在運行時用runtime.GOMAXPROCS函數來修改它。咱們在下面的小程序中會看到GOMAXPROCS的效果，這個程序會無限打印0和1。

for {
    go fmt.Print(0)
    fmt.Print(1)
}

$ GOMAXPROCS=1 go run hacker-cliché.go
111111111111111111110000000000000000000011111...

$ GOMAXPROCS=2 go run hacker-cliché.go
010101010101010101011001100101011010010100110...

在第一次執行時，最多同時只能有一個goroutine被執行。初始狀況下只有main goroutine被執行，因此會打印不少1。過了一段時間後，GO調度器會將其置爲休眠，並喚醒另外一個goroutine，這時候就開始打印不少0了，在打印的時候，goroutine是被調度到操做系統線程上的。在第二次執行時，咱們使用了兩個操做系統線程，因此兩個goroutine能夠一塊兒被執行，以一樣的頻率交替打印0和1。咱們必須強調的是goroutine的調度是受不少因子影響的，而runtime也是在不斷地發展演進的，因此這裏的你實際獲得的結果可能會由於版本的不一樣而與咱們運行的結果有所不一樣。

Goroutine沒有ID號

在大多數支持多線程的操做系統和程序語言中，當前的線程都有一個獨特的身份(id)，而且這個身份信息能夠以一個普通值的形式被被很容易地獲取到，典型的能夠是一個integer或者指針值。這種狀況下咱們作一個抽象化的thread-local storage(線程本地存儲，多線程編程中不但願其它線程訪問的內容)就很容易，只須要以線程的id做爲key的一個map就能夠解決問題，每個線程以其id就能從中獲取到值，且和其它線程互不衝突。

goroutine沒有能夠被程序員獲取到的身份(id)的概念。這一點是設計上故意而爲之，因爲thread-local storage老是會被濫用。Go鼓勵更爲簡單的模式，這種模式下參數對函數的影響都是顯式的。這樣不只使程序變得更易讀，並且會讓咱們自由地向一些給定的函數分配子任務時不用擔憂其身份信息影響行爲。