go语言的GMP(基础)

1.概念梳理

1.1线程

通常语义中的线程，指的是内核级线程，核心点如下：

（1）是操作系统最小调度单元；

（2）创建、销毁、调度交由内核完成，cpu 需完成用户态与内核态间的切换；

（3）可充分利用多核，实现并行.

1.2协程

协程是一个用户级线程

（1）与线程存在映射关系，为 M:1

（2）创建，销毁，调用全在用户态进行，对内核透明，所以更轻

（3）从属同一个内核级的线程，无法实现真正的并行；一个协程的阻塞，会导致同属同一个线程的所有协程无法执行。

1.3 Goroutine

协程是一个通用概念，可以用于描述任何语言或框架中的轻量级线程。Goroutine 则是 Go 语言中实现协程的具体方式。

Goroutine,经Golang优化后的特殊“协程”，核心点如下：

（1）与线程存在映射关系，为M:N；

（2）创建，销毁，调度在用户态完成，对内核态透明，足够轻便；

（3）可利用多个线程，实现并行；

（4）通过调度器（MPG）的斡旋，实现和线程间的动态绑定和灵活调度；

（5）每个Goroutine都有着自己的栈空间，栈空间大小可动态扩缩，因地制宜；

综上，goroutine 可说是博采众长之物.
实际上，“灵活调度” 一词概括得实在过于简要，Golang 在调度 goroutine 时，针对“如何减少加锁行为”，“如何避免资源不均”等问题都给出了精彩的解决方案，这一切都得益于经典的 “gmp” 模型。

2 gmp 模型

gmp = goroutine + machine + processor （+ 一套有机组合的机制），下面先单独拆出每个组件进行介绍，最后再总览全局，对 gmp 进行总述.

2.1 g

（1）g 即goroutine ,是golang中对协程的抽象；

（2）g有自己的运行栈、状态、以及执行任务函数（用户通过go func指定）

（3）g需要绑定到p才能执行，在g的视角，p就是它的CPU。

2.2 p

（1）p是processor,是golang中的调度器工作单元；

（2）p是gmp的中枢，借助p承上启下，实现g和m之间的动态有机结合；

（3）对g而言，p是其cpu， g只有被p调度，才得以执行；

（4）对m而言，p是其执行代理， 为其提供必要信息的同时（可执行的g，内存分配情况等），并隐藏了繁杂的调度细节；

（5）p的数量决定了g最大并行数量，可由用户通过GOMAXPROCS进行设定（超过CPU核数时无意义）。

2.3 m

（1）m即machine，是golang中对线程的抽象；

（2）m不直接执行g，而是先和p绑定，由其实现代理；

（3）借由p的存在，m无需和g绑死，也无需记录g的状态信息，因此g在生命周期中可以跨m执行。

2.4 gmp

GMP宏观模型如上图所示，下面对其要点和细节进行逐一介绍：

（1）M是线程的抽象；G是goroutine；P是承上启下的调度器；

• M 代表操作系统线程，也就是 Go 调度器中的机器线程。它执行任务（即 Goroutine）。
• G 是 Go 中的轻量级线程，即 Goroutine，是并发执行的基本单位。每个 G 执行一个任务，多个 Goroutine 可以同时运行。
• P 是调度器的核心部分，它负责管理和调度 Goroutine 的执行。每个 P 上有一个本地队列，存放待执行的 Goroutine，P 会将这些 Goroutine 分配给空闲的 M 来执行。

（2）M调度G前，需要和P绑定

• M 必须与 P 绑定才能执行任务。P 负责管理待执行的 Goroutine（即将 G 加入到 P 的队列），而 M 则通过 P 获取需要执行的任务并执行它们。M 和 P 的绑定保证了 Goroutine 能够按需被调度执行。

（3）全局有多个M和多个P,但同时并行的G的最大数量等于P的数量；

• GOMAXPROCS 决定了 Go 程序的并行度，即最大的并行执行 Goroutine 数量。由于每个 P 对应一个执行单元，同时并行执行的 Goroutine 数量是由 P 的数量决定的。因此，最多能并行执行的 Goroutine 数量等于 P 的数量，而不是 M 或 G 的数量

（4）G的存放队列有三类：P的本地队列；全局队列；和wait队列（图中未展示，为io阻塞就绪态goroutine队列）；

Goroutine 的调度依赖于三个主要队列：

• P 本地队列：每个 P 会有一个本地队列，用来存放当前 P 管理的 Goroutine。当 M 执行时，会首先从本地队列中取任务执行。
• 全局队列：所有 P 的共享队列，用来存放被挂起的 Goroutine。如果某个 P 的本地队列为空，它会从全局队列中获取任务。
• Wait 队列：存储因 I/O 操作等原因处于阻塞状态的 Goroutine。它们会等待某些条件满足后才能重新被调度。

（5）M调度G时，优先取P本地队列，其次取全局队列，最后取wait队列；这样的好处是，取本地队列时，可以接近于无锁化，减少全局锁竞争；

这是调度优化的一个重要方面：

• P 本地队列：首先，M 会从 P 的本地队列中获取 Goroutine，因为这是最快的方式，几乎没有锁的竞争，因此能够更高效地调度任务。
• 全局队列：当 P 本地队列为空时，M 会尝试从全局队列中获取任务。全局队列是多 P 共享的，因此存在一定的锁竞争。
• Wait 队列：最后，如果全局队列也没有任务，M 会从 wait 队列中获取阻塞的 Goroutine，当 I/O 等操作完成后再调度它们。

（6）为防止不同P的闲忙差异过大，设立work-stealing机制，本地队列为空的P可以尝试从其他P本地队列偷取一半的G补充到自身队列。

Go 的调度器采用 work-stealing（工作窃取）机制来减少不同 P 闲忙差异：

• 当某个 P 的本地队列为空时，它会尝试从其他 P 的本地队列中“偷取”一部分 Goroutine 来执行。这有助于平衡负载，使得各个 P 不会因为队列为空而闲置，从而提高程序的整体并行性。