Golang中的协程调度技术与原理

Golang是一种由Google推出的高效开发语言，其并发模型以及协程调度技术备受瞩目。本文将详细介绍Golang中的协程调度技术与原理，帮助大家更好地理解Golang并发模型的工作原理。

协程

协程是一个轻量级线程，它是由运行时系统进行调度的，而不是由操作系统进行调度。协程的优势在于非常轻量级，一个程序可以同时拥有上万个协程，而线程则无法拥有如此多的资源。协程可以在一个线程内并行执行，从而减少了线程切换的开销，从而提高了效率。

Golang中的协程被称为Goroutine，一个Goroutine可以在一个线程中执行，也可以在多个线程中共同执行。当一个Goroutine被创建时，它会被加入到Goroutine的队列中，等待调度器进行调度。

调度器

Goroutine的调度器主要有3个组成部分，分别是系统栈、Goroutine队列和调度器。下面将对每个部分进行详细介绍。

系统栈

在Golang中，每个Goroutine都拥有一个独立的栈。当一个Goroutine被创建时，会在堆上申请一块内存，用于存放栈的信息，包括栈底指针、栈顶指针、栈大小等。当Goroutine被销毁时，该内存会被释放。

Goroutine队列

在Goroutine队列中，每个Goroutine都拥有一个G中断状态，该状态表示当前Goroutine是否正在运行。当Goroutine正在运行时，其G状态为运行状态；当Goroutine未运行时，其G状态为等待状态。等待状态的Goroutine会被加入Goroutine队列中，等待调度器的调度。

调度器

Golang的调度器非常高效，它能够在极短的时间内完成Goroutine之间的调度。调度器主要包括M、P、S和G四个部分。

M（Machine）

M是Golang中的一个虚拟线程，它负责将Goroutine绑定到一个操作系统线程上。每个操作系统线程都可以拥有多个M，而每个M只能绑定一个Goroutine。

P（Processor）

P是Golang中的一个处理器，它负责调度Goroutine。每个P会绑定一个M，而每个M只能绑定一个P。当一个Goroutine等待调度时，P会从Goroutine队列中选择一个等待状态的Goroutine，并将其绑定到M上。

S（Scheduler）

S是Golang中的一个调度器，它负责管理M和P之间的调度。当一个M中的Goroutine执行完毕时，S会从P中解绑该Goroutine，并将其放回到Goroutine队列中，等待下一次调度。

G（Goroutine）

Goroutine是Golang中的轻量级线程，它是调度器的调度单位。Goroutine可以在一个线程内并行执行，从而提高了系统的并发性能。

调度器的工作原理

Golang中的调度器采用了协作式调度的策略，即当一个Goroutine执行完毕或者阻塞时，需要显式地通知调度器进行调度。由于M、P和G的关系比较复杂，因此在Golang中，采用了三种不同的调度策略，分别是全局模式、本地模式和协作模式。

全局模式

在全局模式下，所有的Goroutine都会被加入到Goroutine队列中，等待调度器的调度。当一个Goroutine执行完毕或者阻塞时，调度器会从全局队列中选择一个Goroutine进行调度。全局模式下的调度策略更适用于大规模的并发系统，但调度器的调度开销也会随着Goroutine的增加而增加。

本地模式

在本地模式下，每个P都维护了一个本地队列，用于存放等待调度的Goroutine。当一个Goroutine执行完毕或者阻塞时，调度器会从本地队列中选择一个Goroutine进行调度。本地模式下的调度策略更适用于小规模的并发系统，但调度器的调度开销较小。

协作模式

在协作模式下，Goroutine不会被加入到队列中，而是在运行时进行动态的调度。当一个Goroutine执行完毕或者阻塞时，它会主动让出CPU，等待其他Goroutine进行调度。

这三种调度策略在Golang中都有所应用，具体的调度策略由调度器动态选择，并根据系统的负载情况来进行调整。

总结

Golang中采用了协程并发模型，并且实现了一个高效的协程调度器。调度器的核心由M、P、S和G四个部分组成，每个部分都有着不同的功能和作用。调度器在运行时会根据系统的负载情况和Goroutine的状态进行调度，从而实现高效的协程调度和运行。