Golang并发编程之main goroutine的创建与调度的方法是什么

发布时间:2023-05-11 17:09:32 作者:iii
来源:亿速云 阅读:157

Golang并发编程之main goroutine的创建与调度的方法是什么

目录

  1. 引言
  2. Goroutine概述
  3. main goroutine的创建
  4. Goroutine的调度
  5. main goroutine的调度
  6. Goroutine的同步与通信
  7. Goroutine的调试与性能分析
  8. Goroutine的最佳实践
  9. 总结
  10. 参考文献

引言

在Go语言中,Goroutine是实现并发编程的核心机制之一。Goroutine是Go语言中的轻量级线程,由Go运行时(runtime)管理。与传统的操作系统线程相比,Goroutine的创建和销毁成本更低,且可以轻松创建成千上万个Goroutine。本文将深入探讨Golang中main goroutine的创建与调度方法,帮助读者更好地理解Go语言的并发模型。

Goroutine概述

什么是Goroutine

Goroutine是Go语言中的一种轻量级线程,由Go运行时管理。每个Goroutine都有自己的栈空间,但栈空间的大小可以根据需要动态调整。Goroutine的创建和销毁成本远低于传统的操作系统线程,因此可以轻松创建大量的Goroutine。

Goroutine与线程的区别

  1. 创建成本:Goroutine的创建成本远低于线程。一个Go程序可以轻松创建成千上万个Goroutine,而创建同样数量的线程可能会导致系统资源耗尽。
  2. 调度方式:Goroutine由Go运行时调度,而线程由操作系统调度。Go运行时使用M:N调度模型,即M个Goroutine映射到N个操作系统线程上。
  3. 栈空间:Goroutine的栈空间初始大小较小,且可以根据需要动态扩展和收缩。而线程的栈空间大小固定,通常较大。

main goroutine的创建

main函数的执行

在Go语言中,每个程序都有一个main包,main包中的main函数是程序的入口点。当程序启动时,Go运行时会自动创建一个Goroutine来执行main函数,这个Goroutine被称为main goroutine

runtime包的初始化

main函数执行之前,Go运行时会先初始化runtime包。runtime包负责管理Goroutine的创建、调度和销毁等操作。在初始化过程中,runtime包会设置Goroutine的栈空间大小、调度器的参数等。

main goroutine的创建过程

  1. 创建Goroutine:Go运行时会为main函数创建一个Goroutine,并将其加入到调度器的运行队列中。
  2. 初始化栈空间:Go运行时会为main goroutine分配初始的栈空间,并设置栈的起始地址和大小。
  3. 设置调度器:Go运行时会初始化调度器,并将main goroutine设置为当前正在运行的Goroutine。
  4. 执行main函数:调度器会从运行队列中取出main goroutine,并开始执行main函数。

Goroutine的调度

Goroutine调度器

Go语言的调度器是Go运行时的一部分,负责管理Goroutine的调度。调度器使用M:N调度模型,即M个Goroutine映射到N个操作系统线程上。调度器的主要任务是将Goroutine分配到可用的操作系统线程上执行。

调度器的初始化

在程序启动时,Go运行时会初始化调度器。调度器的初始化过程包括以下几个步骤:

  1. 创建P(Processor):P是调度器中的一个逻辑处理器,负责管理Goroutine的执行。Go运行时会根据CPU的核心数创建相应数量的P。
  2. 创建M(Machine):M是调度器中的一个操作系统线程,负责执行Goroutine。Go运行时会创建一定数量的M,并将其与P绑定。
  3. 创建G(Goroutine):G是调度器中的一个Goroutine,代表一个可执行的代码单元。Go运行时会为main函数创建一个G,并将其加入到调度器的运行队列中。

Goroutine的调度策略

Go调度器使用抢占式调度策略,即调度器会定期检查当前正在运行的Goroutine,并在必要时将其挂起,切换到其他Goroutine执行。调度器的主要调度策略包括:

  1. 时间片轮转:每个Goroutine在运行一段时间后会被挂起,调度器会切换到下一个Goroutine执行。
  2. 系统调用:当Goroutine执行系统调用时,调度器会将其挂起,并切换到其他Goroutine执行。
  3. 阻塞操作:当Goroutine执行阻塞操作(如Channel通信)时,调度器会将其挂起,并切换到其他Goroutine执行。

Goroutine的状态转换

Goroutine在调度过程中会经历多种状态,主要包括以下几种:

  1. 运行中(Running):Goroutine正在被某个M执行。
  2. 可运行(Runnable):Goroutine已经准备好执行,正在等待被调度器分配到某个M上执行。
  3. 阻塞(Blocked):Goroutine由于某些原因(如等待Channel通信)无法继续执行,处于阻塞状态。
  4. 退出(Exited):Goroutine已经执行完毕,退出运行。

main goroutine的调度

main goroutine的启动

在程序启动时,Go运行时会自动创建一个Goroutine来执行main函数,这个Goroutine被称为main goroutinemain goroutine的启动过程包括以下几个步骤:

  1. 创建Goroutine:Go运行时会为main函数创建一个Goroutine,并将其加入到调度器的运行队列中。
  2. 初始化栈空间:Go运行时会为main goroutine分配初始的栈空间,并设置栈的起始地址和大小。
  3. 设置调度器:Go运行时会初始化调度器,并将main goroutine设置为当前正在运行的Goroutine。
  4. 执行main函数:调度器会从运行队列中取出main goroutine,并开始执行main函数。

main goroutine的执行

main goroutine在执行过程中可能会创建其他Goroutine,这些Goroutine会被调度器管理,并在适当的时机被调度执行。main goroutine的执行过程包括以下几个步骤:

  1. 执行main函数main goroutine开始执行main函数中的代码。
  2. 创建其他Goroutine:在main函数中,可以通过go关键字创建其他Goroutine。这些Goroutine会被加入到调度器的运行队列中,等待被调度执行。
  3. 等待其他Goroutine完成main goroutine可以通过sync.WaitGroupChannel等方式等待其他Goroutine完成。
  4. 退出main函数:当main函数执行完毕时,main goroutine会退出运行。

main goroutine的退出

main函数执行完毕时,main goroutine会退出运行。main goroutine的退出过程包括以下几个步骤:

  1. 执行main函数的返回main goroutine执行main函数的返回语句,退出main函数。
  2. 通知调度器main goroutine退出时,会通知调度器,调度器会将其从运行队列中移除。
  3. 程序退出:当main goroutine退出后,如果程序中还有其他Goroutine在运行,程序会继续运行,直到所有Goroutine都退出。如果所有Goroutine都退出了,程序会正常退出。

Goroutine的同步与通信

Channel的使用

Channel是Go语言中用于Goroutine之间通信的主要机制。Channel提供了一种安全的方式,使得多个Goroutine可以共享数据。Channel的使用包括以下几个步骤:

  1. 创建Channel:使用make函数创建一个Channel,指定Channel的类型和缓冲区大小。
  2. 发送数据:使用<-操作符将数据发送到Channel中。
  3. 接收数据:使用<-操作符从Channel中接收数据。
  4. 关闭Channel:使用close函数关闭Channel,表示不再发送数据。

WaitGroup的使用

sync.WaitGroup是Go语言中用于等待一组Goroutine完成的主要机制。WaitGroup的使用包括以下几个步骤:

  1. 创建WaitGroup:使用sync.WaitGroup创建一个WaitGroup。
  2. 增加计数器:使用Add方法增加WaitGroup的计数器,表示需要等待的Goroutine数量。
  3. 减少计数器:使用Done方法减少WaitGroup的计数器,表示一个Goroutine已经完成。
  4. 等待完成:使用Wait方法等待所有Goroutine完成。

Mutex的使用

sync.Mutex是Go语言中用于保护共享资源的主要机制。Mutex的使用包括以下几个步骤:

  1. 创建Mutex:使用sync.Mutex创建一个Mutex。
  2. 加锁:使用Lock方法加锁,保护共享资源。
  3. 解锁:使用Unlock方法解锁,释放共享资源。

Goroutine的调试与性能分析

Goroutine的调试工具

Go语言提供了多种工具用于调试Goroutine,主要包括以下几种:

  1. Goroutine Dump:使用runtime.Stack函数可以获取当前所有Goroutine的堆栈信息,帮助定位问题。
  2. pprof:使用net/http/pprof包可以生成Goroutine的profile文件,帮助分析Goroutine的运行状态。
  3. trace:使用runtime/trace包可以生成Goroutine的执行轨迹,帮助分析Goroutine的调度和执行过程。

Goroutine的性能分析

Go语言提供了多种工具用于分析Goroutine的性能,主要包括以下几种:

  1. pprof:使用net/http/pprof包可以生成Goroutine的CPU和内存profile文件,帮助分析Goroutine的性能瓶颈。
  2. trace:使用runtime/trace包可以生成Goroutine的执行轨迹,帮助分析Goroutine的调度和执行性能。
  3. benchmark:使用testing包可以编写Goroutine的基准测试,帮助评估Goroutine的性能。

Goroutine的最佳实践

避免Goroutine泄漏

Goroutine泄漏是指Goroutine在完成任务后没有被正确回收,导致资源浪费。避免Goroutine泄漏的最佳实践包括:

  1. 使用defer语句:在Goroutine中使用defer语句确保资源被正确释放。
  2. 使用context:使用context包控制Goroutine的生命周期,确保Goroutine在适当的时候退出。
  3. 使用select语句:在Goroutine中使用select语句监听多个Channel,确保Goroutine在适当的时候退出。

合理控制Goroutine数量

创建过多的Goroutine可能会导致系统资源耗尽,影响程序性能。合理控制Goroutine数量的最佳实践包括:

  1. 使用sync.Pool:使用sync.Pool复用Goroutine,减少Goroutine的创建和销毁成本。
  2. 使用worker pool:使用worker pool限制Goroutine的数量,避免创建过多的Goroutine。
  3. 使用rate limiter:使用rate limiter限制Goroutine的创建速度,避免短时间内创建大量Goroutine。

使用Context控制Goroutine生命周期

context包是Go语言中用于控制Goroutine生命周期的主要机制。使用context包的最佳实践包括:

  1. 传递Context:在Goroutine之间传递context.Context,确保Goroutine能够感知到上下文的取消信号。
  2. 监听取消信号:在Goroutine中使用select语句监听context.ContextDone Channel,确保Goroutine在适当的时候退出。
  3. 设置超时:使用context.WithTimeoutcontext.WithDeadline设置Goroutine的超时时间,确保Goroutine在超时后退出。

总结

本文深入探讨了Golang中main goroutine的创建与调度方法。通过了解Goroutine的创建过程、调度策略、同步与通信机制,以及调试与性能分析工具,读者可以更好地理解Go语言的并发模型,并编写高效、可靠的并发程序。希望本文能够帮助读者在Go语言的并发编程中取得更好的成果。

参考文献

  1. The Go Programming Language Specification
  2. Go Concurrency Patterns
  3. Go Scheduler: Ms, Ps & Gs
  4. Go Memory Model
  5. Go pprof
  6. Go trace
  7. Go context
推荐阅读:
  1. golang 正则表达式是什么
  2. 怎么在golang中利用serialize()和unserialize()实现序列和反序列

免责声明:本站发布的内容(图片、视频和文字)以原创、转载和分享为主,文章观点不代表本网站立场,如果涉及侵权请联系站长邮箱:is@yisu.com进行举报,并提供相关证据,一经查实,将立刻删除涉嫌侵权内容。

golang main goroutine

上一篇:python模型性能ROC和AUC是什么

下一篇:Python异步之怎么启动获取事件循环

相关阅读

您好,登录后才能下订单哦!

密码登录
登录注册
其他方式登录
点击 登录注册 即表示同意《亿速云用户服务条款》