golang 并发与并行

布满荆棘的人生 2022-01-17 04:33 262阅读 0赞

一个线程是一个执行空间，这个空间会被操作系统调度来运行函数中所写的代码。每个进程至少包含一个线程，每个进程的初始线程被称作主线程。因为执行这个线程的空间是应用程序的本身的空间，所以当主线程终止时，应用程序也会终止。操作系统将线程调度到某个处理器上运行，这个处理器并不一定是进程所在的处理器。不同操作系统使用的线程调度算法一般都不一样，但是这种不同会被操作系统屏蔽，并不会展示给程序员。  
操作系统会在物理处理器上调度线程来运行，而Go 语言的运行时会在逻辑处理器上调度goroutine来运行。每个逻辑处理器都分别绑定到单个操作系统线程。  
Go语言的运行时默认会为每个可用的物理处理器分配一个逻辑处理器。这些逻辑处理器会用于执行所有被创建的goroutine。即便只有一个逻辑处理器，Go也可以以神奇的效率和性能，并发调度无数个goroutine。

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如图，如果创建一个goroutine 并准备运行，这个goroutine 就会被放到调度器的全局运行队列中。之后，调度器就将这些队列中的goroutine 分配给一个逻辑处理器，并放到这个逻辑处理器对应的本地运行队列中。本地运行队列中的goroutine 会一直等待直到自己被分配的逻辑处理器执行。  
有时，正在运行的goroutine 需要执行一个阻塞的系统调用，如打开一个文件。当这类调用发生时，线程和goroutine 会从逻辑处理器上分离，该线程会继续阻塞，等待系统调用的返回。与此同时，这个逻辑处理器就失去了用来运行的线程。所以，调度器会创建一个新线程，并将其绑定到该逻辑处理器上。之后，调度器会从本地运行队列里选择另一个goroutine 来运行。一旦被阻塞的系统调用执行完成并返回，对应的goroutine 会放回到本地运行队列，而之前的线程会保存好，以便之后可以继续使用。  
如果一个 goroutine 需要做一个网络I/O 调用，流程上会有些不一样。在这种情况下，goroutine会和逻辑处理器分离，并移到集成了网络轮询器的运行时。一旦该轮询器指示某个网络读或者写操作已经就绪，对应的goroutine 就会重新分配到逻辑处理器上来完成操作。调度器对可以创建的逻辑处理器的数量没有限制，但语言运行时默认限制每个程序最多创建10 000 个线程。这个限制值可以通过调用runtime/debug 包的SetMaxThreads 方法来更改。如果程序试图使用更多的线程，就会崩溃。  
**并发（concurrency）不是并行（parallelism）**。并行是让不同的代码片段同时在不同的物理处理器上执行。并行的关键是同时做很多事情，而并发是指同时管理很多事情，这些事情可能只做了一半就被暂停去做别的事情了。在很多情况下，并发的效果比并行好，因为操作系统和硬件的总资源一般很少，但能支持系统同时做很多事情。这种“使用较少的资源做更多的事情”的哲学，也是指导Go 语言设计的哲学。  
如果希望让goroutine 并行，必须使用多于一个逻辑处理器。当有多个逻辑处理器时，调度器会将goroutine 平等分配到每个逻辑处理器上。这会让goroutine 在不同的线程上运行。不过要想真的实现并行的效果，用户需要让自己的程序运行在有多个物理处理器的机器上。否则，哪怕Go 语言运行时使用多个线程，goroutine 依然会在同一个物理处理器上并发运行，达不到并行的效果。  
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如图展示了在一个逻辑处理器上并发运行goroutine 和在两个逻辑处理器上并行运行两个并发的goroutine 之间的区别。调度器包含一些聪明的算法，这些算法会随着Go 语言的发布被更新和改进，所以不推荐盲目修改语言运行时对逻辑处理器的默认设置。如果真的认为修改逻辑处理器的数量可以改进性能，也可以对语言运行时的参数进行细微调整。

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