go語言底層實現(xiàn)原理 go語言底層原理剖析 epub

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個很復雜的機制，下面嘗試用簡單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機制，想要對其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

創(chuàng)新互聯(lián)是專業(yè)的前進網(wǎng)站建設公司，前進接單;提供成都網(wǎng)站建設、成都網(wǎng)站制作,網(wǎng)頁設計,網(wǎng)站設計,建網(wǎng)站,PHP網(wǎng)站建設等專業(yè)做網(wǎng)站服務;采用PHP框架,可快速的進行前進網(wǎng)站開發(fā)網(wǎng)頁制作和功能擴展;專業(yè)做搜索引擎喜愛的網(wǎng)站,專業(yè)的做網(wǎng)站團隊,希望更多企業(yè)前來合作!

首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程，每個go關(guān)鍵字都會創(chuàng)建一個協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級線程，所有的G都要放在M上才能運行。

P ----------- processor處理器，調(diào)度G到M上，其維護了一個隊列，存儲了所有需要它來調(diào)度的G。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的，每個 M 都代表了 1 個內(nèi)核線程，OS 調(diào)度器負責把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖：

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程，而是對線程的復用。

1）work stealing機制

當本線程無可運行的G時，嘗試從其他線程綁定的P偷取G，而不是銷毀線程。

2）hand off機制

當本線程M0因為G0進行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時，線程釋放綁定的P，把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進而某個空閑的M1獲取P，繼續(xù)執(zhí)行P隊列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空閑，就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池，也可能是新建的。當G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，根據(jù)M0是否能獲取到P，將會將G0做不同的處理：

如果有空閑的P，則獲取一個P，繼續(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P，則將G0放入全局隊列，等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設置P的數(shù)量，最多有GOMAXPROCS個線程分布在多個CPU上同時運行

在Go中一個goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調(diào)度機制 搶占式調(diào)度

當創(chuàng)建一個新的G之后優(yōu)先加入本地隊列，如果本地隊列滿了，會將本地隊列的G移動到全局隊列里面，當M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時，它可以從全局G隊列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個存儲G的隊列，一個是局部調(diào)度器P的本地隊列、一個是全局G隊列。新創(chuàng)建的G會先保存在P的本地隊列中，如果P的本地隊列已經(jīng)滿了就會保存在全局的隊列中；處理器本地隊列是一個使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表，它最多可以存儲 256 個待執(zhí)行任務。

G只能運行在M中，一個M必須持有一個P，M與P是1：1的關(guān)系。M會從P的本地隊列彈出一個可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行，如果P的本地隊列為空，就會想其他的MP組合偷取一個可執(zhí)行的G來執(zhí)行；

一個M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個循環(huán)機制；會一直從本地隊列或全局隊列中獲取G

上面說到P的個數(shù)默認等于CPU核數(shù)，每個M必須持有一個P才可以執(zhí)行G，一般情況下M的個數(shù)會略大于P的個數(shù)，這多出來的M將會在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時發(fā)揮作用。類似線程池，Go也提供一個M的池子，需要時從池子中獲取，用完放回池子，不夠用時就再創(chuàng)建一個。

work-stealing調(diào)度算法：當M執(zhí)行完了當前P的本地隊列隊列里的所有G后，P也不會就這么在那躺尸啥都不干，它會先嘗試從全局隊列隊列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊列為空，它會隨機挑選另外一個P，從它的隊列里中拿走一半的G到自己的隊列中執(zhí)行。

如果一切正常，調(diào)度器會以上述的那種方式順暢地運行，但這個世界沒這么美好，總有意外發(fā)生，以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。

Go runtime會在下面的goroutine被阻塞的情況下運行另外一個goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當goroutine因為channel操作或者network I/O而阻塞時（實際上golang已經(jīng)用netpoller實現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡I/O阻塞不會導致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個栗子），對應的G會被放置到某個wait隊列(如channel的waitq)，該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting，而M會跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個G，如果此時沒有可運行的G供M運行，那么M將解綁P，并進入sleep狀態(tài)；當阻塞的G被另一端的G2喚醒時（比如channel的可讀/寫通知），G被標記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是線程下一個需要執(zhí)行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地隊列和全局隊列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當M執(zhí)行某一個G時候如果發(fā)生了阻塞操作，M會阻塞，如果當前有一些G在執(zhí)行，調(diào)度器會把這個線程M從P中摘除，然后再創(chuàng)建一個新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復用空閑線程)來服務于這個P。當M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時候，這個G會嘗試獲取一個空閑的P執(zhí)行，并放入到這個P的本地隊列。如果獲取不到P，那么這個線程M變成休眠狀態(tài)， 加入到空閑線程中，然后這個G會被放入全局隊列中。

隊列輪轉(zhuǎn)

可見每個P維護著一個包含G的隊列，不考慮G進入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下，P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行，執(zhí)行一小段時間，將上下文保存下來，然后將G放到隊列尾部，然后從隊列中重新取出一個G進行調(diào)度。

除了每個P維護的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

除了每個P維護的G隊列以外，還有一個全局的隊列，每個P會周期性地查看全局隊列中是否有G待運行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復的G。之所以P會周期性地查看全局隊列，也是為了防止全局隊列中的G被餓死。

M0

M0是啟動程序后的編號為0的主線程，這個M對應的實例會在全局變量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負責執(zhí)行初始化操作和啟動第一個G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動一個M都會第一個創(chuàng)建的goroutine，G0僅用于負責調(diào)度G，G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù)，每個M都會有一個自己的G0，在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時會使用G0的?？臻g，全局變量的G0是M0的G0

一個G由于調(diào)度被中斷，此后如何恢復？

中斷的時候?qū)⒓拇嫫骼锏臈Ｐ畔?，保存到自己的G對象里面。當再次輪到自己執(zhí)行時，將自己保存的棧信息復制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進行了簡單的介紹，想要詳細了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設計者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

goland map底層原理

map 是Go語言中基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在日常的使用中經(jīng)常被用到。但是它底層是如何實現(xiàn)的呢？

總體來說golang的map是hashmap，是使用數(shù)組+鏈表的形式實現(xiàn)的，使用拉鏈法消除hash沖突。

golang的map由兩種重要的結(jié)構(gòu)，hmap和bmap(下文中都有解釋)，主要就是hmap中包含一個指向bmap數(shù)組的指針，key經(jīng)過hash函數(shù)之后得到一個數(shù)，這個數(shù)低位用于選擇bmap(當作bmap數(shù)組指針的下表)，高位用于放在bmap的[8]uint8數(shù)組中，用于快速試錯。然后一個bmap可以指向下一個bmap(拉鏈)。

Golang中map的底層實現(xiàn)是一個散列表，因此實現(xiàn)map的過程實際上就是實現(xiàn)散表的過程。在這個散列表中，主要出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體有兩個，一個叫 hmap (a header for a go map)，一個叫 bmap (a bucket for a Go map，通常叫其bucket)。這兩種結(jié)構(gòu)的樣子分別如下所示：

hmap :

圖中有很多字段，但是便于理解map的架構(gòu)，你只需要關(guān)心的只有一個，就是標紅的字段： buckets數(shù)組 。Golang的map中用于存儲的結(jié)構(gòu)是bucket數(shù)組。而bucket(即bmap)的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？

bucket ：

相比于hmap，bucket的結(jié)構(gòu)顯得簡單一些，標紅的字段依然是“核心”，我們使用的map中的key和value就存儲在這里。“高位哈希值”數(shù)組記錄的是當前bucket中key相關(guān)的“索引”，稍后會詳細敘述。還有一個字段是一個指向擴容后的bucket的指針，使得bucket會形成一個鏈表結(jié)構(gòu)。例如下圖：

由此看出hmap和bucket的關(guān)系是這樣的：

而bucket又是一個鏈表，所以，整體的結(jié)構(gòu)應該是這樣的：

哈希表的特點是會有一個哈希函數(shù)，對你傳來的key進行哈希運算，得到唯一的值，一般情況下都是一個數(shù)值。Golang的map中也有這么一個哈希函數(shù)，也會算出唯一的值，對于這個值的使用，Golang也是很有意思。

Golang把求得的值按照用途一分為二：高位和低位。

如圖所示，藍色為高位，紅色為低位。 然后低位用于尋找當前key屬于hmap中的哪個bucket，而高位用于尋找bucket中的哪個key。上文中提到：bucket中有個屬性字段是“高位哈希值”數(shù)組，這里存的就是藍色的高位值，用來聲明當前bucket中有哪些“key”，便于搜索查找。 需要特別指出的一點是：我們map中的key/value值都是存到同一個數(shù)組中的。數(shù)組中的順序是這樣的:

并不是key0/value0/key1/value1的形式，這樣做的好處是：在key和value的長度不同的時候，可 以消除padding(內(nèi)存對齊)帶來的空間浪費 。

現(xiàn)在，我們可以得到Go語言map的整個的結(jié)構(gòu)圖了：(hash結(jié)果的低位用于選擇把KV放在bmap數(shù)組中的哪一個bmap中，高位用于key的快速預覽，用于快速試錯)

map的擴容

當以上的哈希表增長的時候，Go語言會將bucket數(shù)組的數(shù)量擴充一倍，產(chǎn)生一個新的bucket數(shù)組，并將舊數(shù)組的數(shù)據(jù)遷移至新數(shù)組。

加載因子

判斷擴充的條件，就是哈希表中的加載因子(即loadFactor)。

加載因子是一個閾值，一般表示為：散列包含的元素數(shù) 除以 位置總數(shù)。是一種“產(chǎn)生沖突機會”和“空間使用”的平衡與折中：加載因子越小，說明空間空置率高，空間使用率小，但是加載因子越大，說明空間利用率上去了，但是“產(chǎn)生沖突機會”高了。

每種哈希表的都會有一個加載因子，數(shù)值超過加載因子就會為哈希表擴容。

Golang的map的加載因子的公式是：map長度 / 2^B(這是代表bmap數(shù)組的長度，B是取的低位的位數(shù))閾值是6.5。其中B可以理解為已擴容的次數(shù)。

當Go的map長度增長到大于加載因子所需的map長度時，Go語言就會將產(chǎn)生一個新的bucket數(shù)組，然后把舊的bucket數(shù)組移到一個屬性字段oldbucket中。注意：并不是立刻把舊的數(shù)組中的元素轉(zhuǎn)義到新的bucket當中，而是，只有當訪問到具體的某個bucket的時候，會把bucket中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新的bucket中。

如下圖所示：當擴容的時候，Go的map結(jié)構(gòu)體中，會保存舊的數(shù)據(jù)，和新生成的數(shù)組

上面部分代表舊的有數(shù)據(jù)的bucket，下面部分代表新生成的新的bucket。藍色代表存有數(shù)據(jù)的bucket，橘黃色代表空的bucket。

擴容時map并不會立即把新數(shù)據(jù)做遷移，而是當訪問原來舊bucket的數(shù)據(jù)的時候，才把舊數(shù)據(jù)做遷移，如下圖：

注意：這里并不會直接刪除舊的bucket，而是把原來的引用去掉，利用GC清除內(nèi)存。

map中數(shù)據(jù)的刪除

如果理解了map的整體結(jié)構(gòu)，那么查找、更新、刪除的基本步驟應該都很清楚了。這里不再贅述。

值得注意的是，找到了map中的數(shù)據(jù)之后，針對key和value分別做如下操作：

1

2

3

4

1、如果``key``是一個指針類型的，則直接將其置為空，等待GC清除；

2、如果是值類型的，則清除相關(guān)內(nèi)存。

3、同理，對``value``做相同的操作。

4、最后把key對應的高位值對應的數(shù)組index置為空。

go語言是什么

Go語言是一種開源的編程語言，被廣泛應用于網(wǎng)絡編程、云計算、分布式系統(tǒng)等領(lǐng)域。

go語言的三位作者

Go語言的設計目標是成為一種語法簡潔、執(zhí)行效率高、并發(fā)性能強大的編程語言。它由Google公司研發(fā)，于2009年首次發(fā)布，并于2012年成為了開源項目。Go語言具有C語言的表達能力和Python的開發(fā)效率，同時還擁有自己獨特的語法和特性，如協(xié)程、垃圾回收機制等。因此，它被廣泛應用于網(wǎng)絡編程、云計算、分布式系統(tǒng)等領(lǐng)域，并且越來越受到開發(fā)者的青睞。

Go語言的出現(xiàn)，填補了許多編程語言在并發(fā)編程方面的空缺。它提供了一種輕量級線程模型，通過協(xié)程（goroutine）的方式，實現(xiàn)了高效的并發(fā)編程。同時，Go語言還支持內(nèi)置的網(wǎng)絡編程和字節(jié)序列編解碼庫，使得網(wǎng)絡編程變得更加容易和高效。在云計算、分布式系統(tǒng)等領(lǐng)域，Go語言也得到了廣泛的應用。例如，Docker和Kubernetes等開源項目就是用Go語言開發(fā)的。此外，Go語言還具有代碼可讀性高、編譯速度快、編譯后的可執(zhí)行文件體積小等優(yōu)點，使得它成為了開發(fā)高性能、高并發(fā)應用的理想語言之一。

文章名稱：go語言底層實現(xiàn)原理 go語言底層原理剖析 epub
新聞來源：http://muchs.cn/article24/ddihije.html

成都網(wǎng)站建設公司_創(chuàng)新互聯(lián)，為您提供關(guān)鍵詞優(yōu)化、品牌網(wǎng)站制作、網(wǎng)頁設計公司、虛擬主機、軟件開發(fā)、小程序開發(fā)

廣告

聲明：本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容（圖片、視頻和文字）以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主，如果涉及侵權(quán)請盡快告知，我們將會在第一時間刪除。文章觀點不代表本網(wǎng)站立場，如需處理請聯(lián)系客服。電話：028-86922220；郵箱：631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，或轉(zhuǎn)載時需注明來源： 創(chuàng)新互聯(lián)