golang goroutine底层原理

Go语言是一门高效、简洁且并发性能出色的编程语言，其中的goroutine是其并发模型的核心。本文将深入解析goroutine底层原理，揭示其实现机制及其与操作系统之间的关系。

goroutine是什么

goroutine是Go语言中一种轻量级的协程，用于并发执行代码块。它相比于传统的线程方式更加高效灵活，主要由Go语言的运行时系统(runtime)支持。

与传统的线程不同，goroutine在创建的时候只需占用很少的栈空间(默认为2KB)，这使得Go语言可以轻松创建数以千计的goroutine。而且，goroutine之间的切换成本也非常低廉，通常只需要几纳秒，这大大提升了程序的运行效率。

goroutine的实现机制

goroutine的实现主要依赖Go语言的runtime系统。在Go语言程序启动时，runtime系统会初始化一个全局的goroutine调度器，负责调度多个goroutine的执行。

当我们使用go关键字创建一个新的goroutine时，runtime系统会为该goroutine创建一个对应的调度结构体(goroutine descriptor)，并将其加入goroutine的队列中。同时，runtime系统会维护一个全局的可运行队列，其中保存了所有可运行状态的goroutine。

在goroutine执行的过程中，当遇到IO操作、系统调用等阻塞事件时，该goroutine会主动交出处理器，让其他可运行的goroutine占用CPU资源。被交出的处理器会回到调度器，后续会重新分配给其他等待运行的goroutine执行。而当等待的阻塞事件完成后，runtime系统会将goroutine重新放回可运行队列中，以供下一次调度。

goroutine与操作系统之间的关系

虽然goroutine是由Go语言的runtime系统支持，但它并不是内核级别的线程。与传统的线程不同，goroutine是由用户空间的代码调度的，而不是由操作系统内核进行调度。

传统的线程在操作系统内核中占据着重要位置，线程的创建、销毁和切换都需要内核的介入，这导致了大量的系统开销。而goroutine则完全依赖于用户态的调度器进行管理，减少了内核的介入，使得调度和切换更加高效，成本更低。

通过更高效的调度和切换机制，Go语言可以轻易地维护数千个goroutine，并运行在几个操作系统线程上。Go语言的runtime系统会根据实际情况调整goroutine与线程的映射关系，以最大化利用硬件资源。这种“M:N”的模型在Go语言中称为GMP模型。

综上所述，goroutine是一种高效、灵活的并发执行机制，它通过利用Go语言的runtime系统实现了轻量级的协程调度。与传统线程相比，goroutine具有更低的开销和更高的性能，使得Go语言成为了处理高并发业务的首选语言。