Golang中的goroutine调度原理浅析

想请教各位，Go语言的goroutine调度原理是怎样的？具体有几个疑问：

  1. goroutine的调度是由runtime管理还是操作系统直接管理？和传统线程调度有什么区别？

  2. 听说GMP模型是核心，能否解释下G、M、P分别代表什么，它们之间是如何协作的？

  3. 在大量goroutine并发时，调度器是如何避免频繁上下文切换带来的性能损耗的？

  4. 有没有什么实际案例可以说明不当使用goroutine会导致调度性能下降？

最近在学习Go的并发模型，但对其底层调度机制还有些模糊，希望有经验的朋友能分享下。

3 回复

Goroutine是Go语言中轻量级的线程实现。其调度基于M:N模型，即多个Goroutine（G）由少量操作系统线程（M）管理。

  1. 调度器结构：Go运行时包含三个主要数据结构：m（线程）、g（Goroutine）和p（处理器）。每个p拥有一个FIFO队列来存储待执行的Goroutine，并绑定到一个m上。

  2. 调度流程：

    • 当一个Goroutine被创建时，它会被放入某个p的队列。
    • 调度器通过检查当前绑定的m是否有空闲时间来决定是否切换Goroutine。
    • 当Goroutine执行阻塞操作（如I/O）时，会主动让出CPU，调度器会选择其他可运行的Goroutine继续执行。

  3. 上下文切换：由于Goroutine非常轻量（通常几KB），且调度器负责管理，使得上下文切换开销极低，远小于传统线程。

  4. 核心特性：Go调度器支持多路复用、非抢占式调度。这意味着调度由Go运行时控制，而不是依赖底层操作系统。

总结：Goroutine调度通过高效的内存管理和灵活的任务分配，实现了高并发性能，是Go语言并发编程的核心优势之一。

更多关于Golang中的goroutine调度原理浅析的实战系列教程也可以访问 https://www.itying.com/category-94-b0.html


Go语言的goroutine调度基于M:N模型，使用了Golang团队设计的分层调度器。其核心是三类数据结构：G（goroutine）、M（OS线程）和P（处理器）。每个P维护一个G的运行队列，调度器根据负载动态调整M的数量。

当一个goroutine执行耗时操作时，调度器会将其挂起并切换到其他可运行的goroutine，这个过程称为上下文切换。Go 1.2引入了GOMAXPROCS设置，使得多个处理器可以并发运行，提高CPU利用率。

调度算法采用的是工作窃取机制，当某个P的任务队列为空时，它可以尝试从其他P的队列中“窃取”任务来执行。这种设计减少了线程竞争，提升了并发性能。

此外，Go调度器还实现了自旋、阻塞和唤醒等状态管理，以适应不同的应用场景。总之，goroutine调度通过轻量级和高效的机制，让开发者能够轻松编写高并发程序。

Go语言的goroutine调度原理核心是基于M:N协程调度模型，由Go运行时（runtime）管理。主要涉及三个核心结构：

  1. G（Goroutine）：代表一个goroutine，保存栈、程序计数器等状态
  2. P（Processor）：逻辑处理器，管理本地goroutine队列（最大256个）
  3. M（Machine）：OS线程，真正执行代码的实体

调度流程关键点：

  • 工作窃取（Work Stealing）：当P的本地队列为空时，会从其他P或全局队列偷取G
  • 抢占式调度：通过sysmon监控线程实现10ms抢占，防止goroutine独占线程
  • 系统调用处理：当G进行系统调用时，P会与M解绑，寻找空闲M或创建新M继续执行其他G

示例代码观察调度：

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func(id int) {
            for {
                fmt.Printf("Goroutine %d\n", id)
            }
        }(i)
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

通过GOMAXPROCS可以控制P的数量（默认CPU核心数）。调度器优化目标是最小化线程阻塞和最大化CPU利用率。

回到顶部