go 协程

进程,线程

对于操作系统来说,一个任务就是一个进程(Process).

有些进程还不止同时干一件事,比如Word,它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部,要同时干多件事,就需要同时运行多个“子任务”,我们把进程内的这些“子任务”称为线程(Thread)。

由于每个进程至少要干一件事,所以,一个进程至少有一个线程。

线程是最小的执行单元,而进程由至少一个线程组成,也是系统分配资源的最小单元,资,源分配给进程,同一个进程的所有线程共享该进程所有资源。如何调度进程和线程,完全由操作系统决定,程序自己不能决定什么时候执行,执行多长时间。

线程和进程的关系

1、一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程;而一个线程只能在一个进程的地址空间内活动。

2、资源分配给进程,同一个进程的所有线程共享该进程所有资源。

3、CPU分配给线程,即真正在处理器运行的是线程。

4、线程在执行过程中需要协作同步,不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

进程与线程区别

1.同一个进程中的线程共享同一内存空间,但是进程之间是独立的。

2.同一个进程中的所有线程的数据是共享的(进程通讯),进程之间的数据是独立的。

3.对主线程的修改可能会影响其他线程的行为,但是父进程的修改(除了删除以外)不会影响其他子进程。

4.线程是一个上下文的执行指令,而进程则是与运算相关的一簇资源。

5.同一个进程的线程之间可以直接通信,但是进程之间的交流需要借助中间代理来实现。

6.创建新的线程很容易,但是创建新的进程需要对父进程做一次复制。

7.一个线程可以操作同一进程的其他线程,但是进程只能操作其子进程。

8.线程启动速度快,进程启动速度慢(但是两者运行速度没有可比性

协程

对于 协程(用户级线程),这是对内核透明的,也就是系统并不知道有协程的存在,是完全由用户自己的程序进行调度的,因为是由用户程序自己控制,那么就很难像抢占式调度那样做到强制的 CPU 控制权切换到其他进程/线程,通常只能进行 协作式调度,需要协程自己主动把控制权转让出去之后,其他协程才能被执行到。

本质上,goroutine 就是协程。 不同的是,Golang 在 runtime、系统调用等多方面对 goroutine 调度进行了封装和处理,当遇到长时间执行或者进行系统调用时,会主动把当前 goroutine 的CPU (P) 转让出去,让其他 goroutine 能被调度并执行,也就是 Golang 从语言层面支持了协程。Golang 的一大特色就是从语言层面原生支持协程,在函数或者方法前面加 go关键字就可创建一个协程。

1. 内存消耗方面

每个 goroutine (协程) 默认占用内存远比 Java 、C 的线程少。

goroutine:2KB

线程:8MB

2. 线程和 goroutine 切换调度开销方面

线程/goroutine 切换开销方面,goroutine 远比线程小

线程:涉及模式切换(从用户态切换到内核态)、16个寄存器、PC、SP...等寄存器的刷新等。

goroutine:只有三个寄存器的值修改 - PC / SP / DX.

go 协程实现原理

他和线程的原理是一样的,当 a线程 切换到 b线程 的时候,需要将 a线程 的相关执行进度压入栈,然后将 b线程 的执行进度出栈,进入 b线程 的执行序列。协程只不过是在 应用层 实现这一点。但是,协程并不是由操作系统调度的,而且应用程序也没有能力和权限执行 cpu 调度。怎么解决这个问题?

答案是,协程是基于线程的。内部实现上,维护了一组数据结构和 n 个线程,真正的执行还是线程,协程执行的代码被扔进一个待执行队列中,由这 n 个线程从队列中拉出来执行。这就解决了协程的执行问题。那么协程是怎么切换的呢?答案是:golang 对各种 io函数 进行了封装,这些封装的函数提供给应用程序使用,而其内部调用了操作系统的异步 io函数,当这些异步函数返回 busy 或 bloking 时,golang 利用这个时机将现有的执行序列压栈,让线程去拉另外一个协程的代码来执行,基本原理就是这样,利用并封装了操作系统的异步函数。包括 linux 的 epoll、select 和 windows 的 iocp、event 等。

由于golang是从编译器和语言基础库多个层面对协程做了实现,所以,golang的协程是目前各类有协程概念的语言中实现的最完整和成熟的。十万个协程同时运行也毫无压力。关键我们不会这么写代码。但是总体而言,程序员可以在编写 golang 代码的时候,可以更多的关注业务逻辑的实现,更少的在这些关键的基础构件上耗费太多精力。

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