一、Go 语言的协程 goroutine

1. goroutine概念

2. goroutine特点

二、m:n调度技术

三、goroutine 调度器的实现

1. 被废弃的调度器

2.新调度器GPM设计思想

3.P和M的数量和创建

数量

创建

4.调度器的设计策略

线程复用

利用并行

抢占

全局 G 队列

5.GPM调度流程

6.调度器的生命周期

一、Go 语言的协程 goroutine

1. goroutine概念

goroutine 来自协程的概念，让一组可复用的函数运行在一组线程之上；
即使有协程阻塞，该线程的其他协程也可以被 runtime 调度，转移到其他可运行的线程上；

2. goroutine特点

占用内存更小（只占几 KB，可伸缩的，runtime会自动为goroutine分配更多内存）；
调度更灵活 (runtime 调度)；

二、m:n调度技术

m:n调度的技术，m个goroutine（G）调度到n个OS线程（M）上运行；

一对一和一对多的缺点；

三、goroutine 调度器的实现

1. 被废弃的调度器

2012年重新设计之前的调度器，只有GM；

特征：

1）M 想要执行、放回 G ，都必须访问全局 G 队列；

2）M 有多个，即多线程访问同一资源（即G队列）需要加锁进行保证互斥 / 同步。

老调度器有几个缺点：

1）激烈的锁竞争；

2）M 转移 G 会造成延迟和额外的系统负载；

比如当 G 中包含创建新协程的时候，M 创建了 G’；为了执行 G，需要把 G’交给 M’，也造成了很差的局部性，因为 G’和 G 是相关的，最好放在 M 上执行，而不是其他 M’；

3）系统调用 (CPU 在 M 之间的切换) 导致频繁的线程阻塞和取消阻塞操作增加了系统开销；

2.新调度器GPM设计思想

GPM是Go语言运行时层面(用户态)的实现，是go语言自己实现的一套调度系统，区别于操作系统调度OS线程（内核态）。

1）G：Goroutine，协程；

包含goroutine信息和与P的绑定信息；

2）P：Processor，调度器；

所有的 P 都在程序启动时创建，并保存在数组中，最多有 GOMAXPROCS(可配置) 个；

管理和调度一组goroutine队列，当自己的队列消费完了去全局队列里取，全局队列里消费完了会去其他P队列里取；

2）M：Machine，线程映射；

Go运行时（runtime）对操作系统内核线程的虚拟， M与内核线程一般是一一映射的关系;

线程想运行任务就得获取 P，从 P 的本地队列获取 G；

4）GQ：全局队列（Global Queue）；

5）LQ：P 的本地队列；

存的数量有限，不超过 256 个；

满：新建 G’时，G’优先加入到 P 本地队列，如果队列已满，则把队列中前一半的 G和新创建的G移动到全局队列；

空：P 队列为空时，M 尝试从全局队列拿一批 G 【负载均衡，min（全局队列长度/P的数量 + 1，全局队列长度/2）】放到 P 本地队列，或从其他 P 本地队列后一半放到自己的P 本地队列；

协程和线程是通过P结合起来的（G - P -M），线程想运行任务就得获取 P，从 P 的本地队列获取 G；

Goroutine 调度器和 OS 调度器是通过 M 结合起来的（goroutine调度器 - M - OS调度器）；

3.P和M的数量和创建

数量

1）P 的数量：

由GOMAXPROCS决定，可配置；

这意味着在程序执行的任意时刻都只有 $GOMAXPROCS 个 goroutine 在同时运行；

2）M 的数量:

go 语言限制：go 程序启动时，会设置 M 的最大数量，默认 10000，但是内核很难支持这么多的线程数；

SetMaxThreads 函数，可设置 M 的最大数量；

一个 M 阻塞了，会创建新的 M；

3）M与P数量的关系：

M 与 P 的数量没有绝对关系，一个 M 阻塞，P 就会去创建或者切换另一个 M；

即使 P 的默认数量是 1，也有可能会创建很多个 M 出来；

创建

1）P 何时创建：

在确定了 P 的最大数量 n 后，运行时系统会根据这个数量创建 n 个 P。

2）M 何时创建：

没有足够的 M 来关联 P 并运行其中的可运行的 G时，会创建新的M；

比如所有的 M 此时都阻塞住了，而 P 中还有很多就绪任务，就会去寻找空闲的 M，而没有空闲的，就会去创建新的 M；

4.调度器的设计策略

线程复用

work stealing 机制

当本线程无可运行的 G 时，尝试从其他线程绑定的 P 偷取 G，而不是销毁线程。

hand off 机制

当本线程因为 G 进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的 P，把 P 转移给其他空闲的线程执行。

利用并行

GOMAXPROCS 设置 P 的数量，最多有 GOMAXPROCS 个线程分布在多个 CPU 上同时运行。

抢占

在 coroutine 中要等待一个协程主动让出 CPU 才执行下一个协程；

在 Go 中，一个 goroutine 最多占用 CPU 10ms，防止其他 goroutine 被饿死；

全局 G 队列

在新的调度器中依然有全局 G 队列，但功能已经被弱化了；

当 M 执行 work stealing 从其他 P 偷不到 G 时，它可以从全局 G 队列获取 G；

5.GPM调度流程

从上图我们可以分析出几个结论：

1）我们通过 go func () 来创建一个 goroutine；

2）有两种存储 G 的队列，一个是局部调度器 P 的本地队列、一个是全局 G 队列；新创建的 G 会先保存在 P 的本地队列中，如果 P 的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中；

3）G 只能运行在 M 中，一个 M 必须持有一个 P，M 与 P 是 1：1 的关系；M 会从 P 的本地队列弹出一个 G 来执行，如果 P 的本地队列为空，就会想其他的 MP 组合偷取一个可执行的 G；

4）一个 M 调度 G 执行的过程是一个循环机制；

5）当 M 执行某一个 G 时候如果发生了 syscall 或则其余阻塞操作，M 会阻塞；如果当前有一些 G 在执行，runtime 会把这个线程 M 从 P 中摘除 (detach)；然后再创建一个新的操作系统的线程 (如果有空闲的线程可用就复用空闲线程) 来服务于这个 P；

6）当 M 系统调用结束时候，这个 G 会尝试获取一个空闲的 P 执行，并放入到这个 P 的本地队列;如果获取不到 P，那么这个线程 M 变成休眠状态，加入到空闲线程中，然后这个 G 会被放入全局队列中。

6.调度器的生命周期

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