goroutine上下文切换机制
goroutine是go语言的协程，go语言在语言和编译器层面提供对协程的支持。goroutine跟线程一个很大区别就是线程是操作系统的对象，而goroutine是应用层实现的线程。goroutine实际上是运行在线程池上的，由go的runtime实现调度，goroutine调度时，由于不需要像线程一样涉及到系统调用，要进行用户态和内核态的切换，因此，goroutine被称为轻量级的线程，开销要比线程小很多。然而，这里我想到了一个问题，线程是由操作系统进行调度的，操作系统有对处理器的调度权限，因此线程在上下文切换时，操作系统可以从正在占用处理器的线程手中剥夺处理器的使用权，然而goroutine该怎么完成这个操作呢?
然而goroutine并不能像线程的调度那样，goroutine调度时，必须由当前正在占用CPU的goroutine主动让出CPU给新的goroutine，才能完成切换操作。
具体实现是这样的，go对所有的系统调用进行了封装，当前执行的goroutine如果正在执行系统调用或者可能会导致当前goroutine阻塞的操作时，runtime就会把当前这个goroutine切换掉。因此一个很有意思的事情就发生了，如果当前的goroutine没有出现上述的可能会导致goroutine切换的条件时，就可以一直占用CPU(实际上只是一直占用线程)，而且并不会因为这个goroutine占用时间太长而进行切换。我们可以通过如下这段代码进行验证:
1 package main 2 3 import ( 4 "fmt" 5 "sync" 6 ) 7 8 func process(id int) { 9 fmt.Printf("id: %d\n", id) 10 for { 11 } 12 } 13 func main() { 14 var wg sync.WaitGroup 15 n := 10 16 wg.Add(n) 17 for i := 0; i < n; i++ { 18 go process(i) 19 } 20 wg.Wait() 21 }
这段代码输出如下:
id: 9
id: 5
id: 6
id: 0
按照正常的逻辑，这段代码应该会输出0到9一共十个id，然而执行后发现，只输出了四个(GOMAXPROCS: goroutine底层线程池最大线程数，默认为硬件线程数)id，这就说明实际只有四个goroutine得到了CPU，而且没有进行切换，因为process这个方法里面没有会导致goroutine切换的条件。然后我们在for循环里面加入一个操作，例如time.Sleep()或者make分配内存等等
1 package main 2 3 import ( 4 "fmt" 5 "sync" 6 "time" 7 ) 8 9 func process(id int) { 10 fmt.Printf("id: %d\n", id) 11 for { 12 time.Sleep(time.Second) 13 } 14 } 15 func main() { 16 var wg sync.WaitGroup 17 n := 10 18 wg.Add(n) 19 for i := 0; i < n; i++ { 20 go process(i) 21 } 22 wg.Wait() 23 }
Output:
id: 2
id: 0
id: 1
id: 9
id: 6
id: 3
id: 7
id: 8
id: 5
id: 4
可以看到这次的输出就是我们预料的结果了。在知道goroutine的调度策略之后，可以想到这种策略可能会带来的问题，假如有n个goroutine出现阻塞，并且n >= GOMAXPROCS时，将会导致整个程序阻塞。
然而这个问题是无法从根本上解决的，所以go给我们提供了一个方法runtime.Gosched()，调用这个方法可以让当前的goroutine主动让出CPU，这也不失为一个弥补的好方法了。而且在对go程序性能调优的时候，我们可以根据实际情况来调整GOMAXPROCS的值，例如当有密集的IO操作时，尽量把这个值设置大一点，可以避免由于大量IO操作导致阻塞线程。
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