Go语言核心编程(三) --协程

为什么使用协程

1. 线程的本身占用资源大
2. 线程的操作的开销大
3. 线程的切换开销大
   基于此在go lang 中使用协程，降低资源的开销使用，能够容纳更多的资源

协程的本质

• runtime 中 协程本质数属于一个g 结构体
• stack: 堆栈地址
• go buf : 目前程序运行的现场
• atomicstatus: 协程的状态
  协程是挂载在线程上的， 在runtime 中m 的结构体表示线程，同时g0 协程属于调度器启动协程

1. g0 协程 作用 操作调度器
2. curg: 目前线程运行的g

协程是如何在线程上运行

如下所示 对应线程属于 循环调用方式 不断的调用属于go 协程的业务方法 对应的版本是 go 0.X 版本内


多线程 抢占的时候 需要进行枷锁的方式 适用于 Go 1.0 版本
操作系统线程执行一个调度的循环，顺序指向Goroutine, 调度循环非常像线程池，如果协程顺序执行，无法并发
问题： 1. 协程顺序执行 无法并发
问题： 2. 多线程并发时候，会导致协程队列的全局锁问题
所以 出现 G-M-P 调度方式

G-M-P调度模型

解决问题：多线程并发的时候，会抢占协程队列全局锁
在本地队列， 每个线程获取全局锁时候获取多个协程任务， 只有一个线程进行访问 不存在锁问题


P的作用：

• M与G之间的中间器（送料器）： M 表示线程，G 协程任务，P表示本地队列
• P持有一些G，使得每次获取G不用从全局找
• 大大降低了并发的冲突问题
• 如果本地任务和全局任务也没有，go 有窃取任务

窃取形式的工作机制

1. 新建协程：

• 随机寻找一个队列P，将新协程放入P的runnext(插队) ，go 语言中新创建协程会立即执行 ，只有P本地队列满时候，放入到全局队列中， 新创建协程属于 newproc函数
  G-M-P 模型有个问题 导致协程的饥饿问题，如何解决这饥饿问题

如何实现协程并发

解决问题：协程顺序执行，无法并发 在go 语言中 支持进行挂起，执行其他的新协程任务，每次线程循环61次后从全局获取任务。

• 如何进行切换时机

1. 主动挂起： 业务主动 go park () 方法
2. 系统调用完成时（existsyscall()）
3. 函数调用的morestack()
   问题： 如果线程永远都不进行 切换， go 语言有个 runtime.morestack
   在函数内部调用其他方法，go 语言会强行插入一个 runtime.morestack 方法

• morestack 本意检查协程栈是否有足够的空间
• 基于协作的抢占是调度，在moresstack 中 抢占任务 跳到 线程循环 开始的schedule方法
• 如果业务方法中有死循环问题（不调度morestack），使用 基于信号的抢占方式调度

线程可以注册对应的信号的处理函数， 注册SIGURG 信号 处理函数
2. GC工作时候，向目标线程发送信号
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协程太多问题

• 在主协程中不断的产生协程，too many socket 连接出问题
• 文件打开限制，调度太大
  解决问题：
• 优化业务的逻辑
• 协程池（不建议使用，Go语言线程 已经相当于池化，不要在二级池化，go 语言初衷 希望协程即用即销毁，不要池化）

// 预先创建一定数量协程, 将任务创建送入到等待的队列
不推荐使用
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• 利用channel 缓存区 牺牲并发的性能

func do (i int , ch chan struct{}){
	fmt.Println(i)
	time.Sleep(time.Second)
	<- ch
}
// 利用 channel的缓冲区，控制协程产生的数量，一旦缓冲区被阻塞了, 不会产生更多的协程
// 适合场景 大量批量的设置协程

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高并发下通信方式 channel

• 无缓冲区 channel 接收必须要发送前不然，导致缓冲区阻塞

针对 无缓冲区的 管道，必须要先从管道里面获取接受数据，才能进行数据塞入，所以对于无
缓冲区的管道 使用 协程接收在发送的前面 不然导致阻塞
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• 共享内存方案
  在使用共享方案时候 需要不断的查询 共享变量的值， 如果使用channel 不需要 for 死循环轮询方式查询，直接从channel 中 获取数据，协程进行socket 通信的监听
避免协程竞争和数据冲的问题
更高级的抽象，降低开发难度，增加程序的可读性
模块间更容易解耦，增加扩展性和维护性

如何设计Channel

1. 缓冲区， 发送的等待队列，接收的等待队列
2. go 语言使用 Ring buffer 环形缓冲区， 大幅度降低GC的开销
   
3. 使用互斥锁保护hchan 的结构体本身
4. Channel 并不是无锁的， 主要塞入和取数据时候 需要枷锁，其他操作不需要枷锁
   5.

Channel 发送数据结构的底层原理

• chansend1() 会调用chansend() 方法，c <- 转化为 runtime.chansend1()
• 直接发送 (发送数据前，已经G在休眠等待接收)， 将数据直接Copy 到协程G中
• 休眠等待（没有G在休眠等待，没有缓存，发送进入发送队列中sendq）

Channel 接收数据

• 有等待的协程G，从G接收
  接收数据前，已经有G在休眠中等待发送，并且channel 无缓存
  

• 有等待的G，从缓存接收
  数据在接收前已经有G在休眠等待发送，并且这个Channel有缓存
  

• 接收缓存
  接收G没有在休眠并且channel有数据
  

• 阻塞接收
  没有G在休眠等待，并且缓存也没有数据，说白了 就是没有数据进来
  

• 总结
  对于写非阻塞的channel 使用select 非阻塞的形式使用select

1. 首先查看是否可以即时执行case
2. 没有default ， 将自己注册在 channel中休眠等待
3. Time.channel 在倒计时塞入一个数据