Go以其高效的并发模型而闻名,这主要取决于它的调度器设计。Go的调度器采用了GMP模型,即Goroutine、Machine和Processor的缩写。
1.GMP概述
GMP模型是Go语言在运行时系统的核心组成部分,负责管理和调度Goroutine的执行。
它的三个主要组件:
Goroutine(G):Goroutine是Go语言中的轻量级线程,由Go运行时管理。Goroutine的创建和销毁开销远小于操作系统线程,因此Go程序可以轻松创建成千上万个Goroutine。
Machine(M):Machine代表操作系统线程,它是真正执行Goroutine的实体,每个M都与操作系统线程绑定,负责执行Goroutine的代码。
Processor(P):Processor是Go运行时中的逻辑处理器,它负责管理Goroutine的调度。每个P都有一个本地Goroutine队列,用于存储等待执行的Goroutine。
2.GMP模型的工作原理
(1)Goroutine的创建与调度
当一个Goroutine被创建时,它会被放入一个全局队列或者某个P的本地队列中。Go运行时会根据一定的策略将Goroutine分配给空闲的P执行。
(2)Processor的作用
每个P都有一个本地Goroutine队列,用于存储等待执行的Goroutine。P会从LRQ(本地Goroutine队列)中取出Goroutine并将其分配给与之绑定的M执行。如果LRQ为空,P会尝试从GRQ中获取Goroutine,或者从其他P的LRQ中"偷取"Goroutine来执行。
(3)Machine的执行
M是真正执行Goroutine的实体。每个M都与一个操作系统线程绑定,负责执行Goroutine的代码。当M执行完一个Goroutine后,它会继续从与之绑定的P的LRQ中获取下一个Goroutine执行。
(4)调度器的负载均衡
Go的调度器会动态调整P的数量,以充分利用多核CPU的计算能力。当某个P的LRQ中的Goroutine过多时,调度器会将部分Goroutine迁移到其他P的LRQ中,以实现负载均衡。
3.GMP的优势
(1)高效的Goroutine调度
GMP模型通过将Goroutine分配到多个P上执行,充分利用了多核CPU的并行计算能力。同时,P的本地队列减少了Goroutine调度的竞争,提高了调度效率。
(2)低开销的Goroutine切换
由于Goroutin是轻量级线程,其切换开销远小于操作系统线程的切换开销。GMP模型通过操作线程的绑定,实现了Goroutine的高效切换。
(3)动态负载均衡
Go的调度器能够动态调整P的数量,并根据负载情况将Goroutine迁移到其他P上执行,从而实现了系统的动态负载均衡。
4.GMP模型的缺点
当Goroutine数量过多时,调度器的负载均衡机制可能会导致频繁的Goroutine迁移,从而增加系统的开销。