09
2020
04

go语言的并发机制以及它所使用的CSP并发模型.

CSP模型是上个世纪七十年代提出的,不同于传统的多线程通过共享内存来通信,CSP讲究的是“以通信的方式来共享内存”。用于描述两个独立的并发实体通过共享的通讯 channel(管道)进行通信的并发模型。 CSP中channel是第一类对象,它不关注发送消息的实体,而关注与发送消息时使用的channel。


Golang中channel 是被单独创建并且可以在进程之间传递,它的通信模式类似于 boss-worker 模式的,一个实体通过将消息发送到channel 中,然后又监听这个 channel 的实体处理,两个实体之间是匿名的,这个就实现实体中间的解耦,其中 channel 是同步的一个消息被发送到 channel 中,最终是一定要被另外的实体消费掉的,在实现原理上其实类似一个阻塞的消息队列。


Goroutine 是Golang实际并发执行的实体,它底层是使用协程(coroutine)实现并发,coroutine是一种运行在用户态的用户线程,类似于 greenthread,go底层选择使用coroutine的出发点是因为,它具有以下特点:


用户空间 避免了内核态和用户态的切换导致的成本。

可以由语言和框架层进行调度。

更小的栈空间允许创建大量的实例。

Golang中的Goroutine的特性:


Golang内部有三个对象: P对象(processor) 代表上下文(或者可以认为是cpu),M(work thread)代表工作线程,G对象(goroutine).


正常情况下一个cpu对象启一个工作线程对象,线程去检查并执行goroutine对象。碰到goroutine对象阻塞的时候,会启动一个新的工作线程,以充分利用cpu资源。 所有有时候线程对象会比处理器对象多很多.


我们用如下图分别表示P、M、G:


59.jpg


G(Goroutine) :我们所说的协程,为用户级的轻量级线程,每个Goroutine对象中的sched保存着其上下文信息.


M(Machine) :对内核级线程的封装,数量对应真实的CPU数(真正干活的对象).


P(Processor) :即为G和M的调度对象,用来调度G和M之间的关联关系,其数量可通过GOMAXPROCS()来设置,默认为核心数.


在单核情况下,所有Goroutine运行在同一个线程(M0)中,每一个线程维护一个上下文(P),任何时刻,一个上下文中只有一个Goroutine,其他Goroutine在runqueue中等待。


一个Goroutine运行完自己的时间片后,让出上下文,自己回到runqueue中(如下图所示)。


当正在运行的G0阻塞的时候(可以需要IO),会再创建一个线程(M1),P转到新的线程中去运行。



60.jpg

当M0返回时,它会尝试从其他线程中“偷”一个上下文过来,如果没有偷到,会把Goroutine放到Global runqueue中去,然后把自己放入线程缓存中。 上下文会定时检查Global runqueue。


Golang是为并发而生的语言,Go语言是为数不多的在语言层面实现并发的语言;也正是Go语言的并发特性,吸引了全球无数的开发者。


Golang的CSP并发模型,是通过Goroutine和Channel来实现的。


Goroutine 是Go语言中并发的执行单位。有点抽象,其实就是和传统概念上的”线程“类似,可以理解为”线程“。 Channel是Go语言中各个并发结构体(Goroutine)之前的通信机制。通常Channel,是各个Goroutine之间通信的”管道“,有点类似于Linux中的管道。


通信机制channel也很方便,传数据用channel <- data,取数据用<-channel。


在通信过程中,传数据channel <- data和取数据<-channel必然会成对出现,因为这边传,那边取,两个goroutine之间才会实现通信。


而且不管传还是取,必阻塞,直到另外的goroutine传或者取为止。

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