前言

Goroutine是Golang中实现的协程，它保证了Golang的高并发的可用性，这些Goroutine分配、负载、调度到处理器上采用的是G-M-P模型。

进程、线程、Goroutine

进程是操作系统进行资源分配调度的最小单元，而线程则是CPU进行调度的最小单元。进程和线程的切换管理需要操作系统接管，因此在切换时会涉及到CPU的上下文切换，会导致切换的成本较大。而Goroutine作为用户级线程在切换时有用户控制，因此切换成本没有内核级线程大。并且，内核级线程是抢占式调度，但是用户级线程是协作式调度(一个协程让出CPU使用权之后另一个协程才能被执行)。

内核级线程

下图表示为内核级线程示意图：

内核级线程模型中用户线程与内核线程是一对一关系（1:1）。线程的创建、销毁、切换工作通过内核完成的。 应用程序不参与线程的管理工作，只能通过调用内核级线程编程接口完成用户线程的管理。每个用户线程都会被绑定到一个内核线程。用户线程在其生命期内都会绑定到该内核线程。一旦用户线程终止，内核线程将随之一起离开系统。

内核级线程模型有如下优点：

• 在多处理器系统中，内核能够并行执行同一进程内的多个线程

• 如果进程中的一个线程被阻塞，不会阻塞其他线程，是能够切换同一进程内的其他线程继续执行

• 在内核级线程中，当一个线程阻塞时，内核根据选择可以运行另一个进程的线程；在用户级线程中，运行时系统始终运行自己进程中的线程

缺点：

• 线程的创建与删除都需要CPU参与，成本大

用户级线程

下图表示为用户级线程示意图：

用户线程模型中的用户线程与内核线程KSE是多对一关系(N:1)。线程的创建、销毁以及线程之间的协调、同步等工作都是在用户态完成，具体来说就是由应用程序的线程库来完成。 内核对这些是无感知的，内核此时的调度都是基于进程的。线程的并发处理从宏观来看，任意时刻每个进程只能够有一个线程在运行，且只有一个处理器内核会被分配给该进程。

从上图中可以看出来：库调度器从进程的多个线程中选择一个线程，然后该线程和该进程允许的一个内核线程关联起来。内核线程将被操作系统调度器指派到处理器内核。用户级线程是一种”多对一”的线程映射

用户级线程有如下优点：

• 创建和销毁线程、线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多, 因为保存线程状态的过程和调用程序都只是本地过程

• 线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多

缺点：

• 如果线程发生I/O或页面故障引起的阻塞时，此时在系统内核会发生阻塞，对于内核而言，并不知道有多线程的存在，婴儿会阻塞整个进程从而阻塞所有线程, 因此同一进程中只能同时有一个线程在运行

• 同一个进程下的多个线程只能分时复用

两级线程模型

下图表示为两级线程模型

两级线程模型中用户线程与内核线程是一对一关系（N : M）。 两级线程模型充分吸收上面两种模型的优点，尽量规避缺点。其线程创建在用户空间中完成，线程的调度和同步也在应用程序中进行。一个应用程序中的多个用户级线程被绑定到一些（小于或等于用户级线程的数目）内核级线程上。避免了内核级线程一对一的关系，同时也避免了用户级线程的当中N对一的关系。

Golang的线程模型

Golang当中的线程模型为两级混合模型，其中Processor为逻辑处理器，Machine为系统线程，由系统调用产生，每一个M都对应一个内核调度实体(Kernal Scheduling Entity)，Goroutine为用户线程

下图为GMP调度示意图：

• 其中G为Goroutine，是被调度的最小单元；

• P为Processor，是逻辑处理器。调度器的核心处理器，通常表示执行上下文，用于匹配 M 和 G 。P 的数量不能超过 GOMAXPROCS 配置数量，这个参数的默认值为CPU核心数；通常一个 P 可以与多个 M 对应，但同一时刻，这个 P 只能和其中一个 M 发生绑定关系；M 被创建之后需要自行在 P 的 free list 中找到 P 进行绑定，没有绑定 P 的 M，会进入阻塞态。每一个P最多关联256个G。

• 每个M(Machine)为系统级线程。

GMP的调度流程为：

• M需要执行G，就需要和P关联，不关联无法获得G（P可以创建一个或多个M与之关联）

• 从P的本地队列中获取G

• 如果当前P没有可运行的G，那么M会尝试从全局队列获取一批G放入当前P的LRQ当中

• 如果全局队列没有G，那么M会随机从其他的P当中拿一半的G放到当前的P中本地队列。(PS: 全局运行队列承载本地队列“溢出”的G。为了保证调度公平性，调度过程中有 1/61 的几率优先检查全局队列，否则本地队列一直满载的情况下，全局队列中的G将永远无法被调度到；)

• M获取G之后运行，之后获取下一个G。