进程、线程和协程

要理解甚么是goroutine，我们先来看看进程、线程和协程它们之间的区分，这能帮助我们更好的理解goroutine。

进程：分配完全独立的地址空间，具有自己独立的堆和栈，既不同享堆，亦不同享栈，进程的切换只产生在内核态，由操作系统调度。
线程：和其它本进程的线程同享地址空间，具有自己独立的栈和同享的堆，同享堆，不同享栈，线程的切换1般也由操作系统调度(标准线程是的)。
协程：和线程类似，同享堆，不同享栈，协程的切换1般由程序员在代码中显式控制。

进程和线程的切换主要依赖于时间片的控制（关于进程和线程的调度方式，具体可参看这篇文章：http://blog.chinaunix.net/uid⑵0476365-id⑴942505.html），而协程的切换则主要依赖于本身，这样的好处是避免了无意义的调度，由此可以提高性能，但也因此，程序员必须自己承当调度的责任。

goroutine可以看做是协程的go语言实现，从百度百科上看协程的定义：与子例程1样，协程（coroutine）也是1种程序组件。相对子例程而言，协程更加1般和灵活，但在实践中使用没有子例程那样广泛。实际上，我们可以把子例程当作是协程的1种特例。1般来讲，如果没有显式的让出CPU，就会1直履行当前协程。

浅析goroutine

我们知道goroutine是协程的go语言实现，它是语言原生支持的，相对1般由库实现协程的方式，goroutine更加强大，它的调度1定程度上是由go运行时（runtime）管理。其好处之1是，当某goroutine产生阻塞时（例犹如步IO操作等），会自动出让CPU给其它goroutine。

goroutine的使用非常简单，例如foo是1个函数：

就1个关键字go弄定了，这里会启动1个goroutine履行foo函数，然后CPU继续履行后面的代码。这里虽然启动了goroutine，但其实不意味着它会得到马上调度，关于goroutine的调度我们稍后再探讨。

goroutine是非常轻量级的，它就是1段代码，1个函数入口，和在堆上为其分配的1个堆栈（初始大小为4K，会随着程序的履行自动增长删除）。所以它非常便宜，我们可以很轻松的创建上万个goroutine。

go运行时调度

默许的, 所有goroutine会在1个原生线程里跑，也就是只使用了1个CPU核。在同1个原生线程里，如果当前goroutine不产生阻塞，它是不会让出CPU时间给其他同线程的goroutines的。除被系统调用阻塞的线程外，Go运行库最多会启动$GOMAXPROCS个线程来运行goroutine。

那末goroutine究竟是如何被调度的呢?我们从go程序启动开始说起。在go程序启动时会首先创建1个特殊的内核线程sysmon，从名字就能够看出来它的职责是负责监控的，goroutine背后的调度可以说就是靠它来弄定。

接下来，我们再看看它的调度模型，go语言当前的实现是N:M。即1定数量的用户线程映照到1定数量的OS线程上，这里的用户线程在go中指的就是goroutine。go语言的调度模型需要弄清楚3个概念：M、P和G，以下图表示：

M代表OS线程，G代表goroutine，P的概念比较重要，它表示履行的上下文，其数量由$GOMAXPROCS决定，1般来讲正好等于处理器的数量。M必须和P绑定才能履行G，调度器需要保证所有的P都有G履行，以保证并行度。以下图：

从图中我们可以看见，当前有两个P，各自绑定了1个M，并分别履行了1个goroutine，我们还可以看见每一个P上还挂了1个G的队列，这个队列是代表私有的任务队列，它们实际上都是runnable状态的goroutine。当使用go关键字声明时,1个goroutine便被加入到运行队列的尾部。1旦1个goroutine运行到1个调度点,上下文便从运行队列中取出1个goroutine, 设置好栈和指令指针,便开始运行新的goroutine。

那末go中切换goroutine的调度点有哪些呢？具体有以下3种情况

• 调用runtime・gosched函数。goroutine主动放弃CPU，该goroutine会被设置为runnable状态，然后放入1个全局等待队列中，而P将继续履行下1个goroutine。使用runtime・gosched函数是1个主动的行动，1般是在履行长任务时又想其它goroutine得到履行的机会时调用。
• 调用runtime・park函数。goroutine进入waitting状态，除非对其调用runtime・ready函数，否则该goroutine将永久不会得到履行。而P将继续履行下1个goroutine。使用runtime・park函数1般是在某个条件如果得不到满足就不能继续运行下去时调用，当条件满足后需要使用runtime・ready以唤醒它（这里唤醒以后是不是会加入全局等待队列还有待研究）。像channel操作，定时器中，网络poll等都有可能park goroutine。
• 慢系统调用。这样的系统调用会阻塞等待，为了使该P上挂着的其它G也能得到履行的机会，需要将这些goroutine转到另外一个OS线程上去。具体的做法是：首先将该P设置为syscall状态，然后该线程进入系统调用阻塞等待。之条件到过的sysmom线程会定期扫描所有的P，发现1个P处于了syscall的状态，就将M和P分离（实际上只有当 Syscall 履行时间超越某个阈值时，才会将 M 与 P 分离）。RUNTIME会再分配1个M和这个P绑定，从而继续履行队列中的其它G。而当之前阻塞的M从系统调用中返回后，会将该goroutine放入全局等待队列中，自己则sleep去。
  
  该图描写了M和P的分离进程。

调度点的情况说清楚了，但全部模型还其实不完全。我们知道当使用go去调用1个函数，会生成1个新的goroutine放入当前P的队列中，那末甚么时候生成别的OS线程，各个OS线程又是如何做负载均衡的呢？

当M从队列中拿到1个可履行的G后，首先会去检查1下，自己的队列中是不是还有等待的G，如果还有等待的G，并且也还有空闲的P，此时就会通知runtime分配1个新的M（如果有在睡觉的OS线程，则直接唤醒它，没有的话则生成1个新的OS线程）来分担负务。

如果某个M发现队列为空以后，会首先从全局队列中取1个G来处理。如果全局队列也空了，则会随机从别的P那里直接截取1半的队列过来（偷窃任务），如果发现所有的P都没有可供偷窃的G了，该M就会堕入沉睡。

全部调度模型大致就是这模样了，和所有协程的调度1样，在响应时间上，这类协作式调度是硬伤。很容易致使某个协程长时间没法得到履行。但整体来讲，它带来的好处更加让人惊叹。想要了解的更多可以看看我下面列出的1些参考资料，或是直接看它的源码：http://golang.org/src/runtime/proc.c

总纲传送门：golang技术随笔总纲

参考资料

1. 协程
2. goroutine背后的系统知识
3. The Go scheduler
4. goroutine与调度器