golang 学习 协程

Posted 2022-04-16 liufei1983

一： 进程、线程 和 协程 之间概念的区别：

       对于 进程、线程，都是有内核进行调度，有 CPU 时间片的概念，进行 抢占式调度（有多种调度算法）

　　   （补充： 抢占式调度与非抢占（轮询任务调度）区别在于抢占式调度可以因为优先级高的任务抢占cpu，而轮询的不能）

　　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。

　goroutine 和协程区别:

　　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。

　其他方面的比较

　　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.

二： 进程、线程 和 协程 之间概念的区别： 

　 线程是操作系统的内核对象，多线程编程时，如果线程数过多，就会导致频繁的上下文切换，这些 cpu 时间是一个额外的耗费。所以在一些高并发的网络服务器编程中，使用一个线程服务一个 socket 连接是很不明智的。于是操作系统提供了基于事件模式的异步编程模型。用少量的线程来服务大量的网络连接和I/O操作。但是采用异步和基于事件的编程模型，复杂化了程序代码的编写，非常容易出错。因为线程穿插，也提高排查错误的难度。

 　　协程，是在应用层模拟的线程，他避免了上下文切换的额外耗费，兼顾了多线程的优点。简化了高并发程序的复杂度。

　　举个例子，一个高并发的网络服务器，每一个socket连接进来，服务器用一个协程来对他进行服务。代码非常清晰。而且兼顾了性能。

那么，协程是怎么实现的呢？

　　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。

　　但是由于协程是非抢占式的调度，无法实现公平的任务调用。

　　尽管，在任务调度上，协程是弱于线程的。但是在资源消耗上，协程则是极低的。一个线程的内存在 MB 级别，而协程只需要 KB 级别。而且线程的调度需要内核态与用户的频繁切入切出，资源消耗较高。

　　我们把协程的基本特点归纳为：

1 2	1. 协程调度机制无法实现公平调度 2. 协程的资源开销是非常低的，一台普通的服务器就可以支持百万协程。

 　　那么，近几年为何协程的概念可以大热。我认为一个特殊的场景使得协程能够广泛的发挥其优势，并且屏蔽掉了劣势 --> 网络编程。与一般的计算机程序相比，网络编程有其独有的特点。

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1. 高并发（每秒钟上千数万的单机访问量） 2. Request/Response。程序生命期端（毫秒，秒级） 3. 高IO，低计算（连接数据库，请求API）。