golang调度器原理

Golang调度器原理解析 在Golang的并发编程中，调度器（scheduler）是一个非常重要的组件。调度器负责管理Goroutine的创建、销毁和调度，保证多个Goroutine之间的公平竞争，并主动地将Goroutine绑定到不同的系统线程上。

什么是调度器？

调度器是Golang运行时系统的一部分，运行时系统负责管理Goroutine的生命周期和调度执行。调度器的主要目标是实现高效的并发执行，尽可能地充分利用计算资源。

在Golang中，开发者可以通过关键字go创建一个Goroutine，它是一个轻量级的执行单元。每一个Goroutine都会被调度器分配给一个系统线程来执行，这样就实现了并发执行。

调度器的工作原理

为了更好地理解调度器的工作原理，我们需要了解一些Goroutine的概念。在Golang中，Goroutine被划分为M、G和P三个概念。

M代表了系统线程，也即操作系统内核线程。G代表了Goroutine，是调度器调度的执行单元。P代表了上下文，它维护了调度器的状态信息，包括可运行的Goroutine队列、当前正在执行的Goroutine等。

当一个Goroutine被调度器创建时，调度器会将它加入到P管理的运行队列中。P会根据一定的策略选择一个可运行的Goroutine，并将其绑定到一个M上，使其在这个M上执行。当这个Goroutine执行完成或者发生阻塞时，M会将它解绑，让出资源给其他Goroutine。

调度器的调度策略

调度器需要根据一定的策略选择下一个需要执行的Goroutine，并绑定到一个M上。Golang的调度器采用了一种基于工作窃取（work-stealing）的调度策略。

工作窃取调度策略是一种负载均衡算法，它尽量保证每个M上的Goroutine都在忙碌。当某个M上的Goroutine执行完成后，这个M可以从其他M的运行队列窃取一个Goroutine执行，以保证自己不闲置。这样可以实现Goroutine的动态负载平衡，提高系统并发度。

调度器的公平竞争

为了保证多个Goroutine之间的公平竞争，调度器采用了一种抢占式的调度策略。在Golang中，处于运行状态的Goroutine会将其他Goroutine进行抢占，以确保每个Goroutine都能够有机会执行。

当一个Goroutine执行的时间超过一定阈值时，调度器会主动触发抢占，将当前执行的Goroutine挂起，并将资源让给其他Goroutine。这样可以避免长时间运行的Goroutine占据系统线程，导致其他Goroutine得不到执行的机会。

调度器的优化

Golang调度器还进行了一些优化，以提高系统的并发性能。

其中一个优化是休眠Goroutine的抢占。当一个Goroutine进入休眠状态（如等待网络IO、等待锁等）时，它不会被调度器主动抢占。休眠的Goroutine会自动放弃CPU资源，等到唤醒后再次参与竞争。这样可以减少上下文切换的开销，提高系统的整体效率。

另外一个优化是工作窃取的实现。调度器会通过一种巧妙的方式将可运行的Goroutine队列分成多个子队列，每个M只能访问自己所属的子队列。这样可以减少并发访问队列的冲突，提高工作窃取的效率。

总结

Golang调度器是支持高并发的重要组件，它采用了一些先进的调度策略和优化算法，以提高系统的并发执行能力。调度器通过工作窃取调度策略和公平竞争机制，实现了多个Goroutine之间的动态负载均衡，保证了每个Goroutine都能够有机会执行。调度器的优化还减少了上下文切换的开销，并提高了工作窃取的效率。 Golang的调度器在编写高并发程序时起着至关重要的作用，了解其工作原理可以帮助我们设计出更高效的并发算法和结构。希望本文能够对您理解Golang调度器的原理有所帮助。