理解Goroutine

  1. 云栖社区>
  2. 博客列表>
  3. 正文

理解Goroutine

科技小先锋 2017-11-22 00:07:00 浏览80 评论0

摘要: Go语言里面的并发使用的是Goroutine,Goroutine可以看做一种轻量级的线程,或者叫用户级线程。与Java的Thread很像,用法很简单: go fun(params); 相当于Java的 new Thread(someRunnable).start();   虽然类似,但是Goroutine与Java Thread有着很大的区别。

Go语言里面的并发使用的是GoroutineGoroutine可以看做一种轻量级的线程,或者叫用户级线程。与JavaThread很像,用法很简单:

go fun(params);

相当于Java的

new Thread(someRunnable).start();

 

虽然类似,但是GoroutineJava Thread有着很大的区别。

 

Java里的Thread使用的是线程模型的一对一模型,每一个用户线程都对应着一个内核级线程。

wKioL1eomQmQdx94AABaXID_kNA418.png

上图有两个CPU,然后有4Java thread,每个Java thread其实就是一个内核级线程,由内核级线程调度器进行调度,轮流使用两个CPU。内核级线程调度器具有绝对的权力,所以把它放到了下面。内核级线程调度器使用公平的算法让四个线程使用两个CPU

 wKiom1eomR2SYW59AABVKrv_vzs181.png

Go的Goroutine是用户级的线程。同样是4Goroutine,可能只对应了两个内核级线程。Goroutine调度器把4Goroutine分配到两个内核级线程上,而这两个内核级线程对CPU的使用由内核线程调度器来分配。

 

与内核级线程调度器相比,Goroutine的调度器与Goroutine是平等的,所以把它和Goroutine放到了同一个层次。调度器与被调度者权力相同,那被调度者就可以不听话了。一个Goroutine如果占据了CPU就是不放手,调度器也拿它没办法。

 

同样是下面一段代码:

1
2
3
4
5
6
void run() {
  int a = 1;
  while(1==1) {
   a = 1;
  }
}

在Java里,如果起多个这样的线程,它们可以平等的使用CPU。但是在Go里面,如果起多个这样的Goroutine,在启动的内核级线程个数一定情况下(通常与CPU个数相等),那么最先启动的Goroutine会一直占据CPU,其它的Goroutinestarve,饿死,因为它不能主动放弃CPU,不配合别人工作。说到配合工作,那就需要说一下协程(coroutine,可以当做cooperative routine),协程需要相互合作,互相协助,才能正常工作,所以叫做协程。

 wKiom1eomWjhtSGqAABBGIh5yGA759.png

 协程并不需要一个调度器,它是完全靠互相之间协调来工作的。协程的定义在学术上很抽象,目前实际应用中,协程通常是使用单个内核级线程,用来把异步编程中使用的难懂的callback方式改成看上去像同步编程的样子。

比如nodejs是异步单线程事件驱动的,在一段代码中如果有多次异步操作,比如先调用一个支付系统,得到结果后再更新数据库,那么可能需要嵌套使用callbackpay函数是一个调用支付系统的操作,异步发出请求后就返回,然后等支付完成的事件后触发第一个回调函数,这个函数是更新数据库,又是一个异步操作,等这个异步操作完成后,再次触发返回更新结果的回调函数。 这里只有两个异步操作,如果多的话,有可能会有很多嵌套。

1
2
3
4
pay(amount, callback(payamount) {
 update(payamount, callback(result) {
   return result;
})});



而使用协程,可以看上去像是同步操作

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
pay(amount){
  //异步,立刻返回
  //payamount需要操作完成后才能被赋值
 payamount = dopay(amount);
 yeild main;//把控制权返回主routine
 //dopay事件完成后,主routine会调起这个routine,
 //继续执行doupdate
 result=doupdate(payamount); 
 yeild main;  //再次把控制权返回主routine
 return result;
}


(以上都是伪代码)

把原来的各种嵌套callback改成协程,那么逻辑就会清晰很多。

 

GoroutineCoroutine不一样,开发者并不需要关心Goroutine如何被调起,如何放弃控制权,而是交给Goroutine调度器来管理。开发者不用关心,但是Go语言的编译器会替你把工作做了,因为Goroutine必须主动交出控制权才能由调度器统一管理。首先我们可以认为写上面那种死循环而且不调用任何其他函数的Goroutine是没意义的,如果真在实际应用中写出这样的代码,那开发者不是一个合格的程序员。一个Goroutine总会调用其他函数的,一种调用是开发者自己写的函数,一种是Go语言提供的API。那编译器以及这些API就可以做文章了。

 

比如

1
2
3
4
5
6
7
8
void run() {
  int a = 0;
  int b = 1;
  a = b * 2;
  for(int i = 0; i < 100; i++) {
    a = func1(a);
 }
}


那么编译器可能会在调用其他函数的地方偷偷加上几条语句,比如:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
void run() {
  int a = 0;
  int b = 1;
  a = b * 2;
  for(int i = 0; i < 100; i++) {
   //进入调度器,或者以一定概率进入调度器
   schedule();  
   a = func1(a);
  }
}


再比如

1
2
3
4
5
6
void run() {
  socket = new socket();
 while(buffer = socker.read()) {
  deal(buffer);
 }
}

socker.read()Go语言提供的一个系统函数,那么Go语言可能在这里面加点操作,读完数据后,进入调度器,让调度器决定这个Goroutine是否继续跑。

下面这段Go语言代码,把内核级线程设成2个,那么主线程会饿死,而在func1里加一个sleep就可以了,这样func1才有机会放弃控制权。

wKiom1eomsjB8sEdAADH57ysyHw063.png


当然Go语言的调度器要比这复杂的多。Goroutine与协程还是有区别的,实现原理是一样的,但是Goroutine的目的是为了实现并发,在Go语言里,开发者不能创建内核级线程,只能创建Goroutine,而协程的目的如上面所示,目前比较常见的用途就是上面这个。Go语言适合编写高并发的应用,因为创建一个Goroutine的代价很低,而且Goroutine切换上下文开销也很低,与创建内核级线程相比,Goroutine的开销可能只是几十分之一甚至几百分之一,而且它不占内核空间,每个内核级线程都会占很大的内核空间,能创建的线程数最多也就几千个,而Goroutine可以很轻松的创建上万个

 

Goroutine底层的实现,在Linux上面是用makecontext,swapcontext,getcontext,setcontext这几个函数实现的,这几个系统调用可以实现用户空间线程上下文的保存和切换。


本文转自nxlhero 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/nxlhero/1835887,如需转载请自行联系原作者

用云栖社区APP,舒服~

【云栖快讯】青年们,一起向代码致敬,来寻找第83行吧,云栖社区邀请大神彭蕾、多隆、毕玄、福贝、点评Review你的代码,参与互动者将选取50位精彩回复赠送“向代码致敬”定制T恤1件,最终成为“多隆奖”的小伙伴还将获得由阿里巴巴提供的“多隆奖”荣誉证书和奖杯。  详情请点击

网友评论