进程和线程

A. 进程是程序在操作系统中的一次执行过程，系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

B. 线程是进程的一个执行实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。

C.一个进程可以创建和撤销多个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

并发和并行

A. 多线程程序在一个核的cpu上运行，就是并发。

B. 多线程程序在多个核的cpu上运行，就是并行。

协程和线程

协程

协程：独立的栈空间，共享堆空间，调度由用户自己控制，本质上有点类似于用户级线程，这些用户级线程的调度也是自己实现的。

线程：一个线程上可以跑多个协程，协程是轻量级的线程。

goroutine 只是由官方实现的超级"线程池"。
每个实力4~5KB的栈内存占用和由于实现机制而大幅减少的创建和销毁开销是go高并发的根本原因。
并发不是并行：

并发主要由切换时间片来实现"同时"运行，并行则是直接利用多核实现多线程的运行，go可以设置使用核数，以发挥多核计算机的能力。

goroutine 奉行通过通信来共享内存，而不是共享内存来通信。

Goroutine

goroutine

Go语言中的goroutine就是这样一种机制，goroutine的概念类似于线程，但 goroutine是由Go的运行时（runtime）调度和管理的。Go程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个CPU。Go语言之所以被称为现代化的编程语言，就是因为它在语言层面已经内置了调度和上下文切换的机制。

在Go语言编程中你不需要去自己写进程、线程、协程，你的技能包里只有一个技能–goroutine，当你需要让某个任务并发执行的时候，你只需要把这个任务包装成一个函数，开启一个goroutine去执行这个函数就可以了，就是这么简单粗暴。

Go程序会为main()函数创建一个默认的goroutine

goroutine

使用goroutine

Go语言中使用goroutine非常简单，只需要在调用函数的时候在前面加上go关键字，就可以为一个函数创建一个goroutine。

一个goroutine必定对应一个函数，可以创建多个goroutine去执行相同的函数。

启动多个goroutine

goroutine切换点

在Go语言中实现并发就是这样简单，我们还可以启动多个goroutine。让我们再来一个例子：（这里使用了sync.WaitGroup来实现goroutine的同步）

var wg sync.WaitGroup
func hello(i int) {
    defer wg.Done() // goroutine结束就登记-1
    fmt.Println("Hello Goroutine!", i)
}
func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1) // 启动一个goroutine就登记+1
        go hello(i)
    }
    wg.Wait() // 等待所有登记的goroutine都结束
}

多次执行上面的代码，会发现每次打印的数字的顺序都不一致。这是因为10个goroutine是并发执行的，而goroutine的调度是随机的。

注意

如果主协程退出了，其他任务还执行吗（运行下面的代码测试一下吧）

package main
import (
  "fmt"
  "time"
)
func main() {
  // 合起来写
  go func() {
    i := 0
    for {
      i++
      fmt.Printf("new goroutine: i = %d\n", i)
      time.Sleep(time.Second)
    }
  }()
  i := 0
  for {
    i++
    fmt.Printf("main goroutine: i = %d\n", i)
    time.Sleep(time.Second)
    if i == 2 {
      break
    }
  }
}
// 返回结果
//main goroutine: i = 1
//new goroutine: i = 1
//new goroutine: i = 2
//main goroutine: i = 2

goroutine与线程

可增长的栈

OS线程（操作系统线程）一般都有固定的栈内存（通常为2MB）,一个goroutine的栈在其生命周期开始时只有很小的栈（典型情况下2KB），goroutine的栈不是固定的，他可以按需增大和缩小，goroutine的栈大小限制可以达到1GB，虽然极少会用到这个大。所以在Go语言中一次创建十万左右的goroutine也是可以的。

goroutine调度

GPM是Go语言运行时（runtime）层面的实现，是go语言自己实现的一套调度系统。区别于操作系统调度OS线程。

1.G很好理解，就是个goroutine的，里面除了存放本goroutine信息外还有与所在P的绑定等信息。

2.P管理着一组goroutine队列，P里面会存储当前goroutine运行的上下文环境（函数指针，堆栈地址及地址边界），P会对自己管理的goroutine队列做一些调度（比如把占用CPU时间较长的goroutine暂停、运行后续的goroutine等等）当自己的队列消费完了就去全局队列里取，如果全局队列里也消费完了会去其他P的队列里抢任务。

3.M（machine）是Go运行时（runtime）对操作系统内核线程的虚拟， M与内核线程一般是一一映射的关系，一个groutine最终是要放到M上执行的；

P与M一般也是一一对应的。他们关系是： P管理着一组G挂载在M上运行。当一个G长久阻塞在一个M上时，runtime会新建一个M，阻塞G所在的P会把其他的G 挂载在新建的M上。当旧的G阻塞完成或者认为其已经死掉时回收旧的M。

P的个数是通过runtime.GOMAXPROCS设定（最大256），Go1.5版本之后默认为物理线程数。在并发量大的时候会增加一些P和M，但不会太多，切换太频繁的话得不偿失。

单从线程调度讲，Go语言相比起其他语言的优势在于OS线程是由OS内核来调度的，goroutine则是由Go运行时（runtime）自己的调度器调度的，这个调度器使用一个称为m:n调度的技术（复用/调度m个goroutine到n个OS线程）。其一大特点是

goroutine的调度是在用户态下完成的，不涉及内核态与用户态之间的频繁切换，包括内存的分配与释放，都是在用户态维护着一块大的内存池，不直接调用系统的malloc函数（除非内存池需要改变），成本比调度OS线程低很多。另一方面充分利用了多核的硬件资源，近似的把若干goroutine均分在物理线程上，再加上本身goroutine的超轻量，以上种种保证了go调度方面的性能。

runtime包

runtime.Gosched()

让出CPU时间片，重新等待安排任务

package main
import (
  "fmt"
  "runtime"
)
func main() {
  go func(s string) {
    for i := 0; i < 2; i++ {
      fmt.Println(s)
    }
  }("world")
  // 主协程
  for i := 0; i < 2; i++ {
    // 切一下，再次分配任务
    runtime.Gosched()
    fmt.Println("hello")
  }
}
// 返回结果
//world
//world
//hello
//hello

runtime.Goexit()

退出当前协程

package main
import (
  "fmt"
  "runtime"
)
func main() {
  go func() {
    defer fmt.Println("A.defer")
    func() {
      defer fmt.Println("B.defer")
      // 结束协程
      runtime.Goexit()
      defer fmt.Println("C.defer")
      fmt.Println("B")
    }()
    fmt.Println("A")
  }()
  select {}
}
// 返回结果
//B.defer
//A.defer
//fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
//
//goroutine 1 [select (no cases)]:
//main.main()

runtime.GOMAXPROCS

Go运行时的调度器使用GOMAXPROCS参数来确定需要使用多少个OS线程来同时执行Go代码。默认值是机器上的CPU核心数。例如在一个8核心的机器上，调度器会把Go代码同时调度到8个OS线程上（GOMAXPROCS是m:n调度中的n）。

Go语言中可以通过runtime.GOMAXPROCS()函数设置当前程序并发时占用的CPU逻辑核心数。

Go1.5版本之前，默认使用的是单核心执行。Go1.5版本之后，默认使用全部的CPU逻辑核心数。

我们可以通过将任务分配到不同的CPU逻辑核心上实现并行的效果，这里举个例子：

package main
import (
  "fmt"
  "runtime"
  "time"
)
func a() {
  for i := 1; i < 10; i++ {
    fmt.Println("A:", i)
  }
}
func b() {
  for i := 1; i < 10; i++ {
    fmt.Println("B:", i)
  }
}
func main() {
  runtime.GOMAXPROCS(1)
  go a()
  go b()
  time.Sleep(time.Second)
}
// 返回结果
//A: 1
//A: 2
//A: 3
//A: 4
//A: 5
//A: 6
//A: 7
//A: 8
//A: 9
//B: 1
//B: 2
//B: 3
//B: 4
//B: 5
//B: 6
//B: 7
//B: 8
//B: 9

两个任务只有一个逻辑核心，此时是做完一个任务再做另一个任务。将逻辑核心数设为2，此时两个任务并行执行，代码如下。

package main
import (
  "fmt"
  "runtime"
  "time"
)
func a() {
  for i := 1; i < 10; i++ {
    fmt.Println("A:", i)
  }
}
func b() {
  for i := 1; i < 10; i++ {
    fmt.Println("B:", i)
  }
}
func main() {
  runtime.GOMAXPROCS(2)
  go a()
  go b()
  time.Sleep(time.Second)
}
// 返回结果
//B: 1
//B: 2
//B: 3
//B: 4
//B: 5
//B: 6
//B: 7
//B: 8
//B: 9
//A: 1
//A: 2
//A: 3
//A: 4
//A: 5
//A: 6
//A: 7
//A: 8
//A: 9
//
//Process finished with exit code 0

Go语言中的操作系统线程和goroutine的关系：

1.一个操作系统线程对应用户态多个goroutine。

2.go程序可以同时使用多个操作系统线程。

3.goroutine和OS线程是多对多的关系，即m:n。

Go基础：goroutine使用、调度、runtime包

并发编程前言