Golang的特性九（GMP调度模型）----高并发的核心机制

1. 协程由来
进程
通常表示计算机中正在运行的程序实例。

线程
通常表示内核级的线程。计算机中最小可执行单元

协程

线程分为内核级线程和用户级线程，一个或多个用户级线程要绑定一个内核级线程，其中内核级线程依然叫线程(thread)，而用户级线程叫协程(co-routine)。
协程跟线程是有区别的，线程由 CPU 调度是抢占式的，协程由用户态调度是协作式的，一个协程让出 CPU 后，才执行下一个协程，在go语言中，协程叫做goroutine，一个goroutine初始只占几KB，但实际是可伸缩的，如果需要更多内容，runtime 会自动为 goroutine 分配，因此调度起来非常方便，支持大量的goroutine

2. 什么是GMP模型？

GMP模型是Go语言并发模型的核心，它由三个主要组件组成：

• G（Goroutine）：Goroutine是Go语言中的轻量级线程，由Go运行时管理。Goroutine的创建和销毁成本很低，可以轻松创建成千上万个Goroutine。
• M（Machine）：M代表操作系统线程（OS Thread），由操作系统管理。M负责执行Goroutine的代码。
• P（Processor）：P是Go运行时抽象出来的处理器，它负责调度Goroutine到M上执行。P的数量通常等于CPU核心数，可以通过GOMAXPROCS环境变量来设置。
  

3. GMP模型的工作原理

• Goroutine的创建：当创建一个Goroutine时，它会被放入一个全局队列或本地队列中，等待被调度执行。
• 调度器：Go运行时调度器会从队列中取出Goroutine，并将其分配给一个P。
• 执行：P会将Goroutine绑定到一个M上，M是操作系统线程，负责执行Goroutine的代码。
• 上下文切换：当一个Goroutine阻塞（如等待I/O操作）时，调度器会将其从M上解绑，并调度另一个Goroutine到该M上执行。
• 负载均衡：调度器会确保所有的P都尽可能均匀地分配Goroutine，以实现负载均衡。

下面通过一个简单的代码示例来演示GMP模型的工作原理。

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    // 设置使用的CPU核心数
    runtime.GOMAXPROCS(2)

    var wg sync.WaitGroup

    // 创建10个Goroutine
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(id int) {
            defer wg.Done()
            fmt.Printf("Goroutine %d started\n", id)
            time.Sleep(time.Second) // 模拟耗时操作
            fmt.Printf("Goroutine %d finished\n", id)
        }(i)
    }

    // 等待所有Goroutine完成
    wg.Wait()
    fmt.Println("All Goroutines finished")
}

代码解析

• 设置CPU核心数：通过runtime.GOMAXPROCS(2)设置使用的CPU核心数为2，这意味着最多有2个P（Processor）在调度Goroutine。
• 创建Goroutine：使用go关键字创建10个Goroutine，每个Goroutine都会打印开始和结束的信息，并模拟一个耗时操作（time.Sleep）。
• WaitGroup：使用sync.WaitGroup来等待所有Goroutine完成。
• 输出结果：运行程序后，你会看到10个Goroutine被调度执行，但由于我们设置了2个CPU核心，所以最多只有2个Goroutine在同时执行。

P的数量和M的数量的确定

P的数量：由启动时环境变量GOMAXPROCS来决定的，一般设置GOMAXPROCS也不会超过系统的核数
M的数量：go程序启动时，会设置M的最大数量，默认10000。但是内核很难创建出如此多的线程，因此默认情况下M的最大数量取决于内核