Go：goroutine使用、调度、runtime包
目录
并发编程前言
进程和线程
并发和并行
协程和线程
Goroutine
使用goroutine
启动多个goroutine
goroutine与线程
可增长的栈
goroutine调度
runtime包
runtime.Gosched()
runtime.Goexit()
runtime.GOMAXPROCS
并发编程前言 进程和线程 A. 进程是程序在操作系统中的一次执行过程，系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
B. 线程是进程的一个执行实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
C.一个进程可以创建和撤销多个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。
A. 多线程程序在一个核的cpu上运行，就是并发。
B. 多线程程序在多个核的cpu上运行，就是并行。
4~5KB的栈内存占用和由于实现机制而大幅减少的创建和销毁开销是go高并发的根本原因。
并发不是并行：
并发主要由切换时间片来实现"同时"运行，并行则是直接利用多核实现多线程的运行，go可以设置使用核数，以发挥多核计算机的能力。
goroutine 奉行通过通信来共享内存，而不是共享内存来通信。
Goroutine
Go语言中的goroutine就是这样一种机制，goroutine的概念类似于线程，但 goroutine是由Go的运行时（runtime）调度和管理的。Go程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个CPU。Go语言之所以被称为现代化的编程语言，就是因为它在语言层面已经内置了调度和上下文切换的机制。
在Go语言编程中你不需要去自己写进程、线程、协程，你的技能包里只有一个技能–goroutine，当你需要让某个任务并发执行的时候，你只需要把这个任务包装成一个函数，开启一个goroutine去执行这个函数就可以了，就是这么简单粗暴。
Go程序会为main()函数创建一个默认的goroutine
Go语言中使用goroutine非常简单，只需要在调用函数的时候在前面加上go关键字，就可以为一个函数创建一个goroutine。
一个goroutine必定对应一个函数，可以创建多个goroutine去执行相同的函数。
启动多个goroutine
在Go语言中实现并发就是这样简单，我们还可以启动多个goroutine。让我们再来一个例子： （这里使用了sync.WaitGroup来实现goroutine的同步）
var wg sync.WaitGroup
func hello(i int) {
defer wg.Done() // goroutine结束就登记-1
fmt.Println("Hello Goroutine!", i)
}
func main() {
for i := 0; i < 10; i++ {
wg.Add(1) // 启动一个goroutine就登记+1
go hello(i)
}
wg.Wait() // 等待所有登记的goroutine都结束
}
多次执行上面的代码，会发现每次打印的数字的顺序都不一致。这是因为10个goroutine是并发执行的，而goroutine的调度是随机的。
注意
如果主协程退出了，其他任务还执行吗（运行下面的代码测试一下吧）
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
// 合起来写
go func() {
i := 0
for {
i++
fmt.Printf("new goroutine: i = %d\n", i)
time.Sleep(time.Second)
}
}()
i := 0
for {
i++
fmt.Printf("main goroutine: i = %d\n", i)
time.Sleep(time.Second)
if i == 2 {
break
}
}
}
// 返回结果
//main goroutine: i = 1
//new goroutine: i = 1
//new goroutine: i = 2
//main goroutine: i = 2
goroutine与线程
可增长的栈
OS线程（操作系统线程）一般都有固定的栈内存（通常为2MB）,一个goroutine的栈在其生命周期开始时只有很小的栈（典型情况下2KB），goroutine的栈不是固定的，他可以按需增大和缩小，goroutine的栈大小限制可以达到1GB，虽然极少会用到这个大。所以在Go语言中一次创建十万左右的goroutine也是可以的。
goroutine调度
GPM是Go语言运行时（runtime）层面的实现，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。
1.G很好理解，就是个goroutine的，里面除了存放本goroutine信息外 还有与所在P的绑定等信息。
2.P管理着一组goroutine队列，P里面会存储当前goroutine运行的上下文环境（函数指针，堆栈地址及地址边界），P会对自己管理的goroutine队列做一些调度（比如把占用CPU时间较长的goroutine暂停、运行后续的goroutine等等）当自己的队列消费完了就去全局队列里取，如果全局队列里也消费完了会去其他P的队列里抢任务。
3.M（machine）是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， 一个groutine最终是要放到M上执行的；
P与M一般也是一一对应的。他们关系是： P管理着一组G挂载在M上运行。当一个G长久阻塞在一个M上时，runtime会新建一个M，阻塞G所在的P会把其他的G 挂载在新建的M上。当旧的G阻塞完成或者认为其已经死掉时 回收旧的M。
P的个数是通过runtime.GOMAXPROCS设定（最大256），Go1.5版本之后默认为物理线程数。 在并发量大的时候会增加一些P和M，但不会太多，切换太频繁的话得不偿失。
单从线程调度讲，Go语言相比起其他语言的优势在于OS线程是由OS内核来调度的，goroutine则是由Go运行时（runtime）自己的调度器调度的，这个调度器使用一个称为m:n调度的技术（复用/调度m个goroutine到n个OS线程）。 其一大特点是goroutine的调度是在用户态下完成的， 不涉及内核态与用户态之间的频繁切换，包括内存的分配与释放，都是在用户态维护着一块大的内存池， 不直接调用系统的malloc函数（除非内存池需要改变），成本比调度OS线程低很多。 另一方面充分利用了多核的硬件资源，近似的把若干goroutine均分在物理线程上， 再加上本身goroutine的超轻量，以上种种保证了go调度方面的性能。
runtime包
runtime.Gosched()
让出CPU时间片，重新等待安排任务
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
go func(s string) {
for i := 0; i < 2; i++ {
fmt.Println(s)
}
}("world")
// 主协程
for i := 0; i < 2; i++ {
// 切一下，再次分配任务
runtime.Gosched()
fmt.Println("hello")
}
}
// 返回结果
//world
//world
//hello
//hello
runtime.Goexit()
退出当前协程
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
go func() {
defer fmt.Println("A.defer")
func() {
defer fmt.Println("B.defer")
// 结束协程
runtime.Goexit()
defer fmt.Println("C.defer")
fmt.Println("B")
}()
fmt.Println("A")
}()
select {}
}
// 返回结果
//B.defer
//A.defer
//fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
//
//goroutine 1 [select (no cases)]:
//main.main()
runtime.GOMAXPROCS
Go运行时的调度器使用GOMAXPROCS参数来确定需要使用多少个OS线程来同时执行Go代码。默认值是机器上的CPU核心数。例如在一个8核心的机器上，调度器会把Go代码同时调度到8个OS线程上（GOMAXPROCS是m:n调度中的n）。
Go语言中可以通过runtime.GOMAXPROCS()函数设置当前程序并发时占用的CPU逻辑核心数。
Go1.5版本之前，默认使用的是单核心执行。Go1.5版本之后，默认使用全部的CPU逻辑核心数。
我们可以通过将任务分配到不同的CPU逻辑核心上实现并行的效果，这里举个例子：
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"time"
)
func a() {
for i := 1; i < 10; i++ {
fmt.Println("A:", i)
}
}
func b() {
for i := 1; i < 10; i++ {
fmt.Println("B:", i)
}
}
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1)
go a()
go b()
time.Sleep(time.Second)
}
// 返回结果
//A: 1
//A: 2
//A: 3
//A: 4
//A: 5
//A: 6
//A: 7
//A: 8
//A: 9
//B: 1
//B: 2
//B: 3
//B: 4
//B: 5
//B: 6
//B: 7
//B: 8
//B: 9
两个任务只有一个逻辑核心，此时是做完一个任务再做另一个任务。 将逻辑核心数设为2，此时两个任务并行执行，代码如下。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"time"
)
func a() {
for i := 1; i < 10; i++ {
fmt.Println("A:", i)
}
}
func b() {
for i := 1; i < 10; i++ {
fmt.Println("B:", i)
}
}
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(2)
go a()
go b()
time.Sleep(time.Second)
}
// 返回结果
//B: 1
//B: 2
//B: 3
//B: 4
//B: 5
//B: 6
//B: 7
//B: 8
//B: 9
//A: 1
//A: 2
//A: 3
//A: 4
//A: 5
//A: 6
//A: 7
//A: 8
//A: 9
//
//Process finished with exit code 0
Go语言中的操作系统线程和goroutine的关系：
1.一个操作系统线程对应用户态多个goroutine。
2.go程序可以同时使用多个操作系统线程。
3.goroutine和OS线程是多对多的关系，即m:n。
作者：琦彦
