golang 调度策略

golang调度策略解析

在golang中，调度策略是一种决定goroutine何时执行以及如何分配系统资源的重要算法。本文将对golang调度策略进行详细解析，并探讨在实际开发中如何优化。为了更好地理解调度策略，我们需要先了解一些基本概念。

基本概念

在golang中，每个goroutine都会被绑定到一个操作系统线程上运行。调度器负责跟踪和管理goroutine的状态以及它们在不同线程之间的切换。以下是一些与调度相关的基本概念：

G

每个goroutine被称为一个G，它包含了执行代码所需要的所有信息，如程序计数器、栈、goroutine状态等。

P

调度器会为每个处理器（Processor）分配一个P，也就是调度上下文（scheduler context）。P会维护一个可执行goroutine队列，调度器会从这个队列中选择一个G来运行。

M

M表示操作系统线程，它负责执行G。当一个线程上的G阻塞时，调度器会将其重新分配给其他空闲线程，并且会在需要的时候创建新的线程。

Scheduler

调度器负责决定G何时运行。它会推动G的生命周期以及它们在不同线程上之间的切换。

调度策略

golang调度器采用的是工作窃取调度策略。该调度策略基于以下两个基本原则：

1. 衔接执行

当一个G被阻塞时，调度器会尽快找到另一个可执行的G来运行，以提高CPU利用率。

2. 平衡负载

调度器会尝试将goroutine均匀地分配到所有的处理器P上，以达到负载均衡的目的。

为了实现这两个原则，调度器使用了一些关键的技术和算法：

1. 携程抢占

在golang中，调度器可以主动抢占一个G，即使其没有主动释放线程。这种抢占是由调度器根据一些规则（如调度计时器、系统调用等）来触发的。

2. 工作窃取

每个P维护了两个goroutine队列，一个是本地队列，另一个是全局队列。当一个P的本地队列为空时，它会去全局队列中窃取一些G来执行，以保证每个处理器的负载均衡。

3. 自旋

为了最小化上下文切换的开销，调度器在某些情况下采用了自旋。自旋是指当一个线程阻塞后，调度器会暂时不将其重新分配给其他线程，而是等待一段时间看是否可以继续执行。这样可以减少线程的创建和销毁开销。

调度器优化

虽然golang调度器已经做了很多优化，但是在特定的场景下，我们仍然可以对调度策略进行进一步优化：

1. Goroutine数量的优化

尽量控制goroutine的数量，避免过多的goroutine导致调度器频繁切换，增加调度开销。合理使用goroutine池或限制goroutine的并发量，可以提高性能。

2. IO调度

针对IO密集型的任务，可以使用goroutine与异步IO相结合，减少线程切换的开销。通过使用select语句和channel，可以实现轻量级的线程间通信，提高效率。

3. 并发控制

当多个goroutine访问共享资源时，需要进行并发控制，以避免数据竞争。使用互斥锁、读写锁或原子操作等方式可以确保数据一致性，并减少竞争条件的发生。

4. CPU亲和力

在一些情况下，将goroutine绑定到固定的处理器上可以提高缓存命中率，从而提高性能。使用runtime包中的GOMAXPROCS函数可以控制运行时使用的处理器数量。

总结

golang调度策略是一个重要的系统组件，它决定了goroutine的执行和系统资源的分配。通过深入理解调度策略的工作原理，我们可以更好地优化代码，提高程序的性能和响应性。在实际开发中，需要根据具体的应用场景选择合适的优化方案，以获得最佳的执行效果。