你以为Goroutine调度就是轮询？协作与抢占才是关键

后端

2023-12-08 20:48:49

协作与抢占：Golang 中 goroutine 调度的基石

在多线程编程中，管理并发 goroutine 是一个关键挑战。Golang 提供了两种强大的机制——协作和抢占——来高效地调度 goroutine，确保它们和谐共存。

协作：让步与共享

协作机制是一种自愿让出 CPU 资源的方式，让其他 goroutine 有机会执行。这可以通过 runtime.Gosched() 函数实现，它会让当前 goroutine 暂停执行并将其放回可运行队列的末尾。

协作有几个好处：

提高性能： 通过让出 CPU，协作允许高优先级任务快速执行，从而提高程序的整体性能。
防止死锁： 如果一个 goroutine 占用了 CPU 时间过长，它可能会阻塞其他 goroutine，导致死锁。协作可以防止这种情况的发生。

抢占：强行介入

与协作不同，抢占是一种强制机制，当一个 goroutine 执行时间过长时，它会中断该 goroutine并将其放回可运行队列的末尾。

抢占的好处包括：

公平性： 抢占确保了所有 goroutine 都能公平地获得 CPU 时间，防止单个 goroutine 垄断资源。
避免饥饿： 协作依赖于 goroutine 自愿让出 CPU，但某些 goroutine 可能永远不会这么做，导致其他 goroutine 饥饿。抢占可以解决这个问题。

协作与抢占的平衡

协作和抢占是互补的机制，共同确保 goroutine 调度的有效性。在大多数情况下，协作就足够了，因为它可以提高性能。但是，当公平性和避免饥饿至关重要时，抢占就派上用场了。

代码示例

协作：

package main

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

func main() {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go func(i int) {
			for j := 0; j < 10; j++ {
				fmt.Println(i, j)
				runtime.Gosched()
			}
		}(i)
	}

	time.Sleep(time.Second)
}

在这个示例中，我们创建了 10 个并发 goroutine，每个 goroutine 打印 10 个数字。每个 goroutine 在打印每个数字后调用 runtime.Gosched()，将自己放回可运行队列的末尾。

抢占：

在 Golang 中，抢占并不是直接可用的。但是，我们可以通过使用自定义调度器来模拟抢占行为。例如，使用 context.WithTimeout() 可以指定一个 goroutine 的最大执行时间，在时间到期后，goroutine 将被取消。

常见问题解答

什么是 goroutine 饥饿？
当一个 goroutine 无法获得 CPU 时间来执行时，就会发生 goroutine 饥饿。这可能发生在协作机制中，当某些 goroutine 始终让出 CPU 而其他 goroutine 却长时间占用 CPU。
什么时候应该使用抢占？
抢占应该在公平性和避免饥饿至关重要的情况下使用。例如，在实时系统中，确保所有 goroutine 都能在可预测的时间范围内执行至关重要。
协作和抢占有什么区别？
协作是一个自愿的让步过程，而抢占是一种强制的中断过程。协作提高性能，而抢占确保公平性和避免饥饿。
如何避免 goroutine 饥饿？
除了使用抢占之外，还可以通过其他方法避免 goroutine 饥饿，例如使用 channel 和超时来限制 goroutine 的执行时间。
协作和抢占是如何在 Golang 中实现的？
Golang 的调度器使用一个多级队列系统，其中协作 goroutine 和抢占 goroutine被分配到不同的队列。调度器根据各种因素（例如 goroutine 的优先级和执行时间）选择要运行的 goroutine。