《Go 语言程序设计》读书笔记 (七) Goroutine 与系统线程的区别

goroutine和线程的区别

动态栈

每个OS线程都有一个固定大小的内存块(通常会是2MB)来作栈，这个栈会用来存储当前正在被调用或挂起(指在调用其它函数时)的函数的内部变量。这个固定大小的栈同时很大又很小。由于2MB的栈对于一个小小的goroutine来讲是很大的内存浪费，好比对于咱们用到的，一个只是用来WaitGroup以后关闭channel的goroutine来讲。而对于go程序来讲，同时建立成百上千个gorutine是很是广泛的，若是每个goroutine都须要这么大的栈的话，那这么多的goroutine就不太可能了。除去大小的问题以外，固定大小的栈对于更复杂或者更深层次的递归函数调用来讲显然是不够的。修改固定的大小能够提高空间的利用率容许建立更多的线程，而且能够容许更深的递归调用，不过这二者是无法同时兼备的。

相反，一个goroutine会以一个很小的栈开始其生命周期，通常只须要2KB。一个goroutine的栈，和操做系统线程同样，会保存其活跃或挂起的函数调用的本地变量，可是和OS线程不太同样的是一个goroutine的栈大小并非固定的；栈的大小会根据须要动态地伸缩。而goroutine的栈的最大值有1GB，比传统的固定大小的线程栈要大得多，尽管通常状况下，大多goroutine都不须要这么大的栈。

goroutine 调度

OS线程会被操做系统内核调度。每几毫秒，一个硬件计时器会中断处理器，这会调用一个叫作scheduler的内核函数。这个函数会挂起当前执行的线程并保存内存中它的寄存器内容，检查线程列表并决定下一次哪一个线程能够被运行，并从内存中恢复该线程的寄存器信息，而后恢复执行该线程的现场并开始执行线程。由于操做系统线程是被内核所调度，因此从一个线程向另外一个“移动”须要完整的上下文切换，也就是说，保存一个用户线程的状态到内存，恢复另外一个线程的到寄存器，而后更新调度器的数据结构。这几步操做很慢，由于其局部性不好须要几回内存访问，而且会增长运行的cpu周期。

Go的运行时包含了其本身的调度器，这个调度器使用了一些技术手段，好比m:n调度，由于其会在n个操做系统线程上多工(调度)m个goroutine。Go调度器的工做和内核的调度是类似的，可是这个调度器只关注单独的Go程序中的goroutine。

和操做系统的线程调度不一样的是，Go调度器并非用一个硬件定时器而是被Go语言"建筑"自己进行调度的。例如当一个goroutine调用了time.Sleep或者被channel调用或者mutex操做阻塞时，调度器会使其进入休眠并开始执行另外一个goroutine直到时机到了再去唤醒第一个goroutine。由于由于这种调度方式不须要进入内核的上下文，因此从新调度一个goroutine比调度一个线程代价要低得多。

GOMAXPROCS

Go的调度器使用了一个叫作GOMAXPROCS的变量来决定会有多少个操做系统的线程同时执行Go的代码。其默认的值是运行机器上的CPU的核心数，因此在一个有8个核心的机器上时，调度器一次会在8个OS线程上去调度GO代码。(GOMAXPROCS是前面说的m:n调度中的n)。在休眠中的或者在通讯中被阻塞的goroutine是不须要一个对应的线程来作调度的。在I/O中或系统调用中或调用非Go语言函数时，是须要一个对应的操做系统线程的，可是GOMAXPROCS并不须要将这几种状况计数在内。

你能够用GOMAXPROCS的环境变量显式地控制这个参数，或者也能够在运行时用runtime.GOMAXPROCS函数来修改它。咱们在下面的小程序中会看到GOMAXPROCS的效果，这个程序会无限打印0和1。

for {
    go fmt.Print(0)
    fmt.Print(1)
}

$ GOMAXPROCS=1 go run hacker-cliché.go
111111111111111111110000000000000000000011111...

$ GOMAXPROCS=2 go run hacker-cliché.go
010101010101010101011001100101011010010100110...

在第一次执行时，最多同时只能有一个goroutine被执行。初始状况下只有main goroutine被执行，因此会打印不少1。过了一段时间后，GO调度器会将其置为休眠，并唤醒另外一个goroutine，这时候就开始打印不少0了，在打印的时候，goroutine是被调度到操做系统线程上的。在第二次执行时，咱们使用了两个操做系统线程，因此两个goroutine能够一块儿被执行，以一样的频率交替打印0和1。咱们必须强调的是goroutine的调度是受不少因子影响的，而runtime也是在不断地发展演进的，因此这里的你实际获得的结果可能会由于版本的不一样而与咱们运行的结果有所不一样。

Goroutine没有ID号

在大多数支持多线程的操做系统和程序语言中，当前的线程都有一个独特的身份(id)，而且这个身份信息能够以一个普通值的形式被被很容易地获取到，典型的能够是一个integer或者指针值。这种状况下咱们作一个抽象化的thread-local storage(线程本地存储，多线程编程中不但愿其它线程访问的内容)就很容易，只须要以线程的id做为key的一个map就能够解决问题，每个线程以其id就能从中获取到值，且和其它线程互不冲突。

goroutine没有能够被程序员获取到的身份(id)的概念。这一点是设计上故意而为之，因为thread-local storage老是会被滥用。Go鼓励更为简单的模式，这种模式下参数对函数的影响都是显式的。这样不只使程序变得更易读，并且会让咱们自由地向一些给定的函数分配子任务时不用担忧其身份信息影响行为。