golang协程实现原理2019

发布时间:2024-11-22 06:16:44

golang协程实现原理

Go语言是一个高效、简洁的编程语言,其中最大的特色之一就是协程(Goroutine)的支持。本文将介绍golang协程的实现原理。

协程是什么

在传统的并发编程模型中,我们使用线程来实现并发操作。而协程则提供了一种更为轻量级的并发解决方案。协程可以理解为一种比线程更小、更高效的执行单位,它由编程语言自身的调度器进行管理和调度。

golang的协程实现

在Golang中,协程的实现是基于M:G:P的关系模型。其中,M表示操作系统线程(Machine),G表示goroutine,P表示处理器(Processor)。

操作系统线程(M):在Golang运行时系统中,操作系统线程负责执行底层的系统调用,例如I/O操作等。同时,操作系统线程还负责创建和销毁G和P。

goroutine(G):goroutine是协程的实现单位,每个goroutine都有自己的栈空间,并且可以非常轻量地创建和销毁。goroutine通过调度器进行管理,调度器会将goroutine分配给处理器进行执行。

处理器(P):处理器用于执行goroutine。每个操作系统线程都有一个关联的处理器,处理器从全局任务队列中获取goroutine并执行。当一个goroutine进行系统调用或者阻塞时,处理器会将其从当前线程上解绑,然后再绑定到其他的线程上执行。

协程的调度

在Golang中,协程的调度是通过三种情况进行的:

1. 当一个goroutine主动调用了runtime.Gosched()方法时,调度器会暂停当前goroutine的执行,并重新选择一个可执行的goroutine进行执行。

2. 当一个goroutine因为进行I/O操作等被阻塞时,调度器会将其从当前线程上解绑,并将其放入全局任务队列中。同时,调度器会从全局任务队列中选择一个可执行的goroutine进行执行。

3. 当一个操作系统线程的所有goroutine都在执行系统调用等操作被阻塞时,调度器会创建一个新的操作系统线程,并从全局任务队列中获取一个可执行的goroutine进行执行。

协程的通信

在Golang中,协程之间可以通过channel进行通信。channel是一种线程安全的数据结构,可以在不同的goroutine之间传递数据。

当一个goroutine将数据发送到channel时,如果没有任何goroutine在等待接收数据,发送操作会被阻塞。当有其他的goroutine等待接收数据时,发送操作会触发数据的传输。

当一个goroutine从channel接收数据时,如果没有任何goroutine在发送数据,接收操作会被阻塞。当有其他的goroutine发送数据时,接收操作会取走数据。

协程的优势

Golang的协程相比于传统的线程有以下的优势:

1. 轻量级:每个goroutine只需少量的栈空间(默认为2KB),相比于传统线程要小很多。

2. 高效:Golang的调度器能够快速地切换goroutine,使得协程的切换成本很低。

3. 可扩展:Golang的调度器可以根据需要动态地调整处理器和goroutine的数量,从而适应不同的并发场景。

4. 容易编写和维护:使用channel进行协程之间的通信相比于传统的共享内存模型更为简单和安全。

总结

通过M:G:P的关系模型,Golang实现了高效、轻量级的协程机制。协程的调度和通信由调度器和channel完成,使得并发编程更加简洁和高效。

参考文献:

1. Go Concurrency Patterns, https://blog.golang.org/concurrency-patterns

2. The Go Scheduler, https://morsmachine.dk/go-scheduler

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