Go中GMP调度模型是如何优雅地应对G阻塞？

前言

「GMP 是如何优雅地应对 G 阻塞」，这是 Go 调度器最引以为傲的设计之一。我们接下来详细讲解 Go 调度器在 G阻塞时的完整流程逻辑，从不同场景触发、到资源切换、再到恢复调度，全流程解剖。

---

🧠 为什么要优雅处理 G 的阻塞？

如果一个 Goroutine（G）阻塞了，而它仍占据 M（线程）和 P（调度器）资源，那将：

• 浪费系统线程

• 阻碍更多 goroutine 被调度

• 降低系统并发度和吞吐量

所以 Go 设计了一套 "快速摘下阻塞 G，调度其它 G" 的机制，以保持系统流畅运行。

---

🧰 一、G 阻塞场景的分类

Go 通过不同的策略分别处理以下几类阻塞场景：

阻塞类型	场景举例	M 是否阻塞？	特殊机制
用户态阻塞	channel、select、mutex	❌ 不阻塞	G 移除、M+P 继续调度
系统调用阻塞	net.Dial、文件I/O等	✅ 会阻塞	M 进 syscall，启动新 M
时间阻塞	time.Sleep、定时器	❌ 不阻塞	放入时间队列，按时唤醒
手动挂起	Gosched、yield	❌ 不阻塞	G 主动让出调度权

---

🔁 二、调度器的核心目标

• 不让 G 的阻塞影响 M 和 P 的继续执行

• 能快速调度其他 G 保证运行不中断

• 阻塞 G 一旦就绪，能快速恢复调度

---

⚙️ 三、详细流程逻辑（展开讲解）

我们拆解为两个流程：

🧩 A. 阻塞发生时的处理流程

假设当前 M1 正在运行 G1，此时 G1 阻塞了：

🔹【步骤1】检测到阻塞点（用户态 or 系统调用）

例如：

• ch <- val 阻塞

• net.Dial()阻塞

• mutex.Lock() 等待

🔹【步骤2】调度器标记状态

• G1 被标记为 waiting/ syscall 等状态

• 放入对应的等待队列（channel queue、等待互斥锁、netpoller 等）

🔹【步骤3】解绑 M 和 G

• 将 G1 从 M 和 P 脱钩

• M 和 P 空出可以继续运行其它 G

🔹【步骤4】P 获取新 G

• 从本地队列、全局队列或 work stealing 获取新的 G

• 如果本地无 G，调度器考虑休眠 M，或尝试 global steal

🔹【步骤5】如果 syscall 阻塞 M

• M 会进入 in-syscall 状态

• 调度器创建或复用一个新的 M（如果当前活跃 M 数 < GOMAXPROCS）

• 保证此 P 始终有 M 可用，不影响调度

---

🧩 B. 阻塞结束时的恢复流程

当之前阻塞的 G（如 G1）满足条件，恢复执行：

🔹【步骤1】G 状态改为 runnable

例如：

• channel 有值

• mutex 解锁

• epoll/kqueue 返回可读/写事件

• sleep 时间到

🔹【步骤2】唤醒 G

• G1 被放入对应的 P 的本地队列（如果还绑定）

• 如果没有活跃 M 与 P 绑定，会唤醒空闲的 M 来绑定并执行 G

🔹【步骤3】G 被调度执行

• 通过正常调度流转，G1 会重新被某个 M 拿到继续执行

---

📜 四、系统调用阻塞的特殊处理逻辑（关键）

这是 GMP 调度中最巧妙的一环！

func schedule() {
    if m.syscall {
        // 当前 M 正在 syscall（可能会阻塞）
        handoff P 给新 M
        mark m in-syscall
        start new M to keep P busy
    }
}

一旦 M 进入 syscall 且检测到潜在阻塞，P 会被剥离给新 M，保证系统调度继续，旧的 M 自己去系统调用，回来了再加入空闲 M 池。

🔄 五、阻塞/唤醒过程图示

G1阻塞中（如读channel）
┌─────────────┐
│ M1执行G1    │
└────┬────────┘
     ↓
[G1 阻塞，进入等待队列] ──┐
                         ↓
           M1 脱钩，空出 P1
                         ↓
              P1 调度其他 G（如G2）
                         ↓
           G1 等待唤醒事件（如chan有值）
                         ↓
         [G1 变为runnable，重新入队]
                         ↓
           P1 再次调度 G1（或其他P抢占）

✅ 六、总结流程核心词汇（调度器关键词）

关键词	含义
waiting	G 在等待资源（如channel）
syscall	G 或 M 正在系统调用
runnable	G 可以调度执行
in-syscall	M 被系统调用阻塞中
handoff	M 把 P 让给另一个 M
netpoller	异步网络I/O事件检测器

🎯 七、总结一句话

Go 的 GMP 调度器通过 挂起阻塞 G，解绑其占用的 M 和 P，调度其他 G 替代执行 ，在需要时再恢复原 G，从而优雅实现了非阻塞、高并发、极致资源利用的调度体系。