Golang：线程 和 协程 的区别

Posted 2023-01-01 linguanh

作者：林冠宏 / 指尖下的幽灵

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目录

• 前言
• 协程
• 协程的特点
  • 第 1 和 第 2 点
  • 特点中的第 3 和 第 4 点
• 和线程的整体对比

前言

国庆越快各位，距离上次发文快两个月了，19年也快结束了。现在的总结更多是放在了草稿 而没有发出，这次详细分享下在 Go 中，线程和协程的区别及其关系。

协程

协程，英文名Coroutine。但在 Go 语言中，协程的英文名是：gorutine。它常常被用于进行多任务，即并发作业。没错，就是多线程作业的那个作业。

虽然在 Go 中，我们不用直接编写线程之类的代码来进行并发，但是 Go 的协程却依赖于线程来进行。

下面我们来看看它们的区别。

线程的基础介绍，这里请自行网上搜索文章，因为关于线程的优秀介绍文章已经很多。

协程的特点

这里先直接列出线程的特点，然后从例子中进行解析。

1. 多个协程可由一个或多个线程管理，协程的调度发生在其所在的线程中。
2. 可以被调度，调度策略由应用层代码定义，即可被高度自定义实现。
3. 执行效率高。
4. 占用内存少。

上面第 1 和 第 2 点

我们来看一个例子：

func TestGorutine(t *testing.T) 
    runtime.GOMAXPROCS(1)  // 指定最大 P 为 1，从而管理协程最多的线程为 1 个
    wg := sync.WaitGroup // 控制等待所有协程都执行完再退出程序
    wg.Add(2)
    // 运行一个协程
    go func() 
        fmt.Println(1)
        fmt.Println(2)
        fmt.Println(3)
        wg.Done()
    ()

    // 运行第二个协程
    go func() 
        fmt.Println(65)
        fmt.Println(66)
        // 设置个睡眠，让该协程执行超时而被挂起，引起超时调度
        time.Sleep(time.Second)
        fmt.Println(67)
        wg.Done()
    ()
    wg.Wait()

上面的代码片段跑了两个协程，运行后，观察输出的顺序是交错的。可能是：

65
66
1
2
3
67

意味着在执行协程A的过程中，可以随时中断，去执协程行B，协程B也可能在执行过程中中断再去执行协程A。

看起来协程A 和 协程B 的运行像是线程的切换，但是请注意，这里的 A 和 B 都运行在同一个线程里面。它们的调度不是线程的切换，而是纯应用态的协程调度。

关于上述代码中，为什么要指定下面两行代码？

runtime.GOMAXPROCS(1)
time.Sleep(time.Second)

这需要您去看下 Go 的协程调度入门基础，请看我之前的另外一篇调度分析文章：

Go 的协程调度机制

如果不设置 runtime.GOMAXPROCS(1)，那么程序将会根据操作系统的 CPU 核数而启动对应数量的 P，导致多个 M，即线程的启动。那么我们程序中的协程，就会被分配到不同的线程里面去了。为了演示，故设置数量 1，使得它们都被分配到了同一个线程里面，存于线程的协程队列里面，等待被执行或调度。

协程特点中的第 3 和 第 4 点。

1. 执行效率高。
2. 占用内存少。

因为协程的调度切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。调度发生在应用态而非内核态。

内存的花销，使用其所在的线程的内存，意味着线程的内存可以供多个协程使用。

其次协程的调度不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，所以执行效率比多线程高很多。

和线程的整体对比

比较的点	线程	协程
数据存储	内核态的内存空间	一般是线程提供的用户态内存空间
切换操作	操作最终在内核层完成，应用层需要调用内核层提供的 syscall 底层函数	应用层使用代码进行简单的现场保存和恢复即可
任务调度	由内核实现，抢占方式，依赖各种锁	由用户态的实现的具体调度器进行。例如 go 协程的调度器
语音支持程度	绝大部分编程语言	部分语言：Lua，Go，Python ...
实现规范	按照现代操作系统规范实现	无统一规范。在应用层由开发者实现，高度自定义，比如只支持单线程的线程。不同的调度策略，等等