Go CSP并发模型

Go的CSP并发模型

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Go实现了两种并发形式。第一种是大家普遍认知的：多线程共享内存。其实就是Java或者C++等语言中的多线程开发。另外一种是Go语言特有的，也是Go语言推荐的：CSP（communicating sequential processes）并发模型。

CSP 是 Communicating Sequential Process 的简称，中文可以叫做通信顺序进程，是一种并发编程模型，由 Tony Hoare 于 1977 年提出。简单来说，CSP 模型由并发执行的实体（线程或者进程）所组成，实体之间通过发送消息进行通信，这里发送消息时使用的就是通道，或者叫 channel。CSP 模型的关键是关注 channel，而不关注发送消息的实体。 Go 语言实现了 CSP 部分理论 。

“ 不要以共享内存的方式来通信，相反， 要通过通信来共享内存。”

Go的CSP并发模型，是通过 goroutine和channel 来实现的。

goroutine 是Go语言中并发的执行单位。其实就是协程。

channel是Go语言中各个并发结构体(goroutine)之前的通信机制。 通俗的讲，就是各个goroutine之间通信的”管道“，有点类似于Linux中的管道。

Channel

Goroutine

Go语言——goroutine并发模型

参考：

Goroutine并发调度模型深度解析手撸一个协程池

Golang 的 goroutine 是如何实现的？

Golang - 调度剖析【第二部分】

OS线程初始栈为2MB。Go语言中，每个goroutine采用动态扩容方式，初始2KB，按需增长，最大1G。此外GC会收缩栈空间。

BTW，增长扩容都是有代价的，需要copy数据到新的stack，所以初始2KB可能有些性能问题。

更多关于stack的内容，可以参见大佬的文章。 聊一聊goroutine stack

用户线程的调度以及生命周期管理都是用户层面，Go语言自己实现的，不借助OS系统调用，减少系统资源消耗。

Go语言采用两级线程模型，即用户线程与内核线程KSE（kernel scheduling entity）是M:N的。最终goroutine还是会交给OS线程执行，但是需要一个中介，提供上下文。这就是G-M-P模型

Go调度器有两个不同的运行队列：

go1.10\src\runtime\runtime2.go

Go调度器根据事件进行上下文切换。

调度的目的就是防止M堵塞，空闲，系统进程切换。

详见 Golang - 调度剖析【第二部分】

Linux可以通过epoll实现网络调用，统称网络轮询器N（Net Poller）。

文件IO操作

上面都是防止M堵塞，任务窃取是防止M空闲

每个M都有一个特殊的G，g0。用于执行调度，gc，栈管理等任务，所以g0的栈称为调度栈。g0的栈不会自动增长，不会被gc，来自os线程的栈。

go1.10\src\runtime\proc.go

G没办法自己运行，必须通过M运行

M通过通过调度，执行G

从M挂载P的runq中找到G，执行G

golang的线程模型——GMP模型

内核线程（Kernel-Level Thread ，KLT）

轻量级进程（Light Weight Process,LWP）：轻量级进程就是我们通常意义上所讲的线程，由于每个轻量级进程都由一个内核线程支持，因此只有先支持内核线程，才能有轻量级进程

用户线程与系统线程一一对应，用户线程执行如lo操作的系统调用时，来回切换操作开销相对比较大

多个用户线程对应一个内核线程，当内核线程对应的一个用户线程被阻塞挂起时候，其他用户线程也阻塞不能执行了。

多对多模型是可以充分利用多核CPU提升运行效能的

go线程模型包含三个概念：内核线程(M)，goroutine(G),G的上下文环境（P）；

GMP模型是goalng特有的。

P与M一般是一一对应的。P（上下文）管理着一组G（goroutine）挂载在M（内核线程）上运行，图中左边蓝色为正在执行状态的goroutine，右边为待执行状态的goroutiine队列。P的数量由环境变量GOMAXPROCS的值或程序运行runtime.GOMAXPROCS()进行设置。

当一个os线程在执行M1一个G1发生阻塞时，调度器让M1抛弃P，等待G1返回，然后另起一个M2接收P来执行剩下的goroutine队列（G2、G3...），这是golang调度器厉害的地方，可以保证有足够的线程来运行剩下所有的goroutine。

当G1结束后，M1会重新拿回P来完成，如果拿不到就丢到全局runqueue中，然后自己放到线程池或转入休眠状态。空闲的上下文P会周期性的检查全局runqueue上的goroutine，并且执行它。

另一种情况就是当有些P1太闲而其他P2很忙碌的时候，会从其他上下文P2拿一些G来执行。

详细可以翻看下方第一个参考链接，写得真好。

最后用大佬的总结来做最后的收尾————

Go语言运行时，通过核心元素G，M，P 和 自己的调度器，实现了自己的并发线程模型。调度器通过对G，M，P的调度实现了两级线程模型中操作系统内核之外的调度任务。整个调度过程中会在多种时机去触发最核心的步骤 “一整轮调度”，而一整轮调度中最关键的部分在“全力查找可运行G”，它保证了M的高效运行（换句话说就是充分使用了计算机的物理资源），一整轮调度中还会涉及到M的启用停止。最后别忘了，还有一个与Go程序生命周期相同的系统监测任务来进行一些辅助性的工作。

浅析Golang的线程模型与调度器

Golang CSP并发模型

Golang线程模型

Go语言有什么优势？

GO语言的优势：可直接编译成机器码，不依赖其他库，glibc的版本有一定要求，部署就是扔一个文件上去就完成了。静态类型语言，但是有动态语言的感觉，静态类型的语言就是可以在编译的时候检查出来隐藏的大多数问题，动态语言的感觉就是有很多的包可以使用，写起来的效率很高。语言层面支持并发，这个就是Go最大的特色，天生的支持并发，我曾经说过一句话，天生的基因和整容是有区别的，大家一样美丽，但是你喜欢整容的还是天生基因的美丽呢？Go就是基因里面支持的并发，可以充分的利用多核，很容易的使用并发。内置runtime，支持垃圾回收，这属于动态语言的特性之一吧，虽然目前来说GC不算完美，但是足以应付我们所能遇到的大多数情况，特别是Go1.1之后的GC。简单易学，Go语言的作者都有C的基因，那么Go自然而然就有了C的基因，那么Go关键字是25个，但是表达能力很强大，几乎支持大多数你在其他语言见过的特性：继承、重载、对象等。丰富的标准库，Go目前已经内置了大量的库，特别是网络库非常强大，我最爱的也是这部分。内置强大的工具，Go语言里面内置了很多工具链，最好的应该是gofmt工具，自动化格式化代码，能够让团队review变得如此的简单，代码格式一模一样，想不一样都很困难。跨平台编译，如果你写的Go代码不包含cgo，那么就可以做到window系统编译linux的应用，如何做到的呢？Go引用了plan9的代码，这就是不依赖系统的信息。Go语言这么多的优势，你还不想学吗？我记得当时我看的是黑马程序员的视频，我对他们视频的印象就是通俗易懂，就是好！

Rust 和 Go 的并发模型有什么不同，为什说 Rust 的并发模型更好

1.根据Rust的特点和定位适用于对控制性比较强，对性能很敏感的领域，比如底层软件(OS/driver)，基础系统软件（Compiler/VM/DB等），性能要求比较高的应用软件（浏览器/图形图像处理/游戏/高性能服务器软件等，或者可能包括近来很火的ML应用方向）。2.底层软件(比如OS/driver)部分是和C应用领域有很大重合度的，在这个领域我认为对C冲击不大。在这里C已经足够好了，而且这些领域技术性很高，但业务逻辑其实并不算太复杂，Rust的优势作用有限。而且Rust相比于C语言，带来了一定的“黑盒”和这些领域一些不需要的语言复杂特性。C作为“可移植的汇编”恰到好处的非常适合这个领域，其他语言基本无法构成挑战。3.前面1中提到的领域除了底层软件(OS/driver之类)剩下的领域，C++目前最具有优势。在这些领域C++相对于C提供了高级特性方便开发，相对于JVM系的性能更高内存更少。（虽然这些领域有些知名软件是C和JVM系的，比如postgresql/redis/nginx/Hadoop/spark等，但在这些领域目前只有C++一个是全能型）我认为rust的主要战场就在这里，需要对决的对手就是C++。C++既有的力量（系统/代码/人员/习惯)太强大了，在这些领域完全打败C++是非常困难的。而且C++也在不断发展，近年来发展的步伐也快了起来，C++11/14/17等等。但C++的历史包袱是很重的，越发展其实复杂性也在不断提高，何况有些问题（像安全/异常/复杂继承等等）是基因里的，通过增加feature打补丁是弥补不了的。Rust最容易吸引的人群可能是C++程序员：因为，一方面解决了不少C++的痛点，另一方面Rust的很多特性其实有点复杂也有点门槛的。这些特性背后的动因有C++背景的程序员是非常容易理解，也是不少C++程序员梦寐以求的。相对而言，其他语言背景出身的程序员，对Rust的共鸣性远远没有C++程序员强烈。猜测Rust会：a.蚕食掉一定的C++份额。一些可能本会选择C++开发的新项目，可能会选择Rust。b.蚕食掉一定的Java份额。有些项目选择JVM系是由于C++开发太复杂，同时该项目对性能又有一定的要求。那么Rust出现以后也会蚕食掉一定的此类项目。c.蚕食掉一定的golang份额。不满意gc（即使1.5改善了，gc的先天问题是无法彻底解决的），不满意泛型，不满意性能的一部分项目。不过也要依赖于Rust未来并发的解决方案是否足够理想了。1.0这种是没戏的。d.移动端Rust从自己实力上说是够的。不过这个真的要看出品移动端设备的“爹”的意思了。Rust自身有一些优势非常明显，在这些领域是很有竞争力的。Rust社区一定要重视IDE开发环境，花费精力出eclipse/intellji/vs的高质量的IDE插件，对于推广和流行大有帮助。只要Rust社区不要犯D语言曾经反复折腾的毛病，能像golang社区那样基础做的不错并且工程质量优秀，那么未来Rust出几个杀手级的应用，前途还是很可期的。

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