golang协程的底层实现原理

协程是Go语言的特色之一，它可以让我们以一种轻量级、高效率的方式处理并发任务。那么，协程背后的具体实现原理是什么呢？本文将深入探讨Golang协程的底层实现原理。

调度器和M:N模型

Golang中，协程的调度是由调度器（scheduler）负责的。调度器通过将协程（goroutine）映射到线程（thread）上来实现并发。这种M:N（M个协程映射到N个操作系统线程）的关系被称为M:N模型。

在运行时层面，调度器主要有两个重要的组件：Work Stealing调度器和Goroutine Scheduler。Work Stealing调度器负责线程的管理，负责监控线程的状态和数量，并在需要时创建或销毁线程。Goroutine Scheduler负责协程的调度，决定协程何时运行、暂停和恢复。

协程的创建与调度

协程的创建非常轻量级，在Go语言中只需使用go关键字加上一个函数即可创建一个协程。当创建完协程后，调度器会将其放入到队列中，等待被调度执行。

调度器采用的是抢占式调度，即在每个协程执行达到某个条件时，会主动让出CPU，让其他协程有机会运行。这种方式是通过编译器在函数调用前插入特殊的代码来实现。这样一来，每个协程在执行时间片用完之前都会主动让出CPU，从而实现了协程之间的切换。

协程的切换与调度队列

当一个协程的执行时间片用完或者因为某些原因需要主动让出CPU时，调度器会将该协程暂停，并将其状态保存到协程的栈（stack）上。然后，调度器会从调度队列中选择一个等待中的协程来恢复执行，继续运行。调度队列是一个双向链表的结构，其中记录了所有等待执行的协程。

在Go语言中，调度器并不会按照某种固定的顺序来选择下一个要执行的协程，而是采用随机的方式选择。这是为了避免某些协程一直得不到执行的情况，提高程序的公平性。

此外，为了实现更高效的调度，调度器还使用了工作窃取（work stealing）算法。当某个线程的调度队列没有可执行的协程时，它会从其他线程的调度队列中窃取一些协程来执行。这样可以充分利用多核处理器的计算能力，提高程序的并发性。