[Golang并发]Goroutine

动态栈

每一个OS线程都有一个固定大小的内存块（一般会是2MB）来做栈，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。因为2MB的栈对于一个小小的goroutine来说是很大的内存浪费，比如对于我们用到的，一个只是用来WaitGroup之后关闭channel的goroutine来说。而对于go程序来说，同时创建成百上千个goroutine是非常普遍的，如果每一个goroutine都需要这么大的栈的话，那这么多的goroutine就不太可能了。除去大小的问题之外，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说显然是不够的。修改固定的大小可以提升空间的利用率，允许创建更多的线程，并且可以允许更深的递归调用，不过这两者是没法同时兼备的。

相反，一个goroutine会以一个很小的栈开始其生命周期，一般只需要2KB。一个goroutine的栈，和操作系统线程一样，会保存其活跃或挂起的函数调用的本地变量，但是和OS线程不太一样的是，一个goroutine的栈大小并不是固定的；栈的大小会根据需要动态地伸缩。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，尽管一般情况下，大多goroutine都不需要这么大的栈。

Goroutine调度

OS线程会被操作系统内核调度。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将它的寄存器内容保存到内存中，检查线程列表并决定下一次哪个线程可以被运行，并从内存中恢复该线程的寄存器信息，然后恢复执行该线程的现场并开始执行线程。因为操作系统线程是被内核所调度，所以从一个线程向另一个“移动”需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，恢复另一个线程的到寄存器，然后更新调度器的数据结构。这几步操作很慢，因为其局部性很差需要几次内存访问，并且会增加运行的cpu周期。

Go的运行时包含了其自己的调度器，这个调度器使用了一些技术手段，比如m:n调度，因为其会在n个操作系统线程上多工（调度）m个goroutine。Go调度器的工作和内核的调度是相似的，但是这个调度器只关注单独的Go程序中的goroutine。

和操作系统的线程调度不同的是，Go调度器并不是用一个硬件定时器，而是被Go语言“建筑”本身进行调度的。例如当一个goroutine调用了time.Sleep，或者被channel调用或者mutex操作阻塞时，调度器会使其进入休眠并开始执行另一个goroutine，直到时机到了再去唤醒第一个goroutine。因为这种调度方式不需要进入内核的上下文，所以重新调度一个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做GOMAXPROCS的变量来决定会有多少个操作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，所以在一个有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信中被阻塞的goroutine是不需要一个对应的线程来做调度的。在I/O中或系统调用中或调用非Go语言函数时，是需要一个对应的操作系统线程的，但是GOMAXPROCS并不需要将这几种情况计算在内。

协程（CoRoutine）

协程（CoRoutine）是一种轻量级的用户态线程。简单来说，线程（thread）的调度是由操作系统负责，线程的睡眠、等待、唤醒的时机是由操作系统控制，开发者无法决定。使用协程，开发者可以自行控制程序切换的时机，可以在一个函数执行到一半的时候中断执行，让出CPU，在需要的时候再回到中断点继续执行。因为切换的时机是由开发者来决定的，就可以结合业务的需求来实现一些高级的特性。

协程的特点：

有独立的栈空间
共享程序堆空间
调度由用户控制
协程是轻量级的线程

协程的优点：

代码编辑简单。可以将异步处理逻辑代码用同步的方式编写，将多个异步操作集中到一个函数中完成。
单线程模式，没有线程安全的问题，不需要加锁操作。
性能好。协程是用户态线程，切换更加高效。

为什么协程比线程轻量？

一旦创建完线程，你就无法决定他什么时候获得时间片，什么时候让出时间片了，你把它交给了内核。而协程编写者可以有：可控的切换时机和很小的切换代价。从操作系统有没有调度权上看，协程就是因为不需要进行内核态的切换。

go协程调用跟切换比线程效率高
线程并发执行流程：

线程是内核对外提供的服务，应用程序可以通过系统调用让内核启动线程，由内核来负责线程调度和切换。线程在等待IO操作时线程变为unrunnable状态会触发上下文切换。现代操作系统一般都采用抢占式调度，上下文切换一般发生在时钟中断和系统调用返回前，调度器计算当前线程的时间片，如果需要切换就从运行队列中选出一个目标线程，保存当前线程的环境，并且恢复目标线程的运行环境，最典型的就是切换ESP指向目标线程内核堆栈，将EIP指向目标线程上次被调度出时的指令地址。

go协程并发执行流程：

不依赖操作系统和其提供的线程，golang自己实现的CSP并发模型实现：M, P, G。

go协程也叫用户态线程，协程之间的切换发生在用户态。在用户态没有时钟中断，系统调用等机制，因此效率高。

go协程占用内存少
执行go协程只需要极少的栈内存（最新版默认2KB，可以根据程序执行自动伸缩），默认情况下，线程栈的大小为1MB。

goroutine就是一段代码，一个函数入口，以及在堆上为其分配的一个堆栈。所以它非常廉价，我们可以很轻松的创建上万个goroutine，但它们并不是被操作系统所调度执行。

为什么goroutine更快

Goroutine池