Goroutines 的工作原理（译文) | Go主题月如果你刚接触 Go，或者你不理解“并发性不是并行性”这句话，那么

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2014年2月23日11:09

Go

如果你刚接触 Go，或者你不理解“并发性不是并行性”这句话，那么可以看下 Rob Pike 关于这个主题的精彩演讲。大概有30分钟，我保证看它30分钟是值得的。

总结一下 —— “当人们听到并发这个词时，他们经常想到并行性，一个相关但非常不同的概念。在编程中，并发性是由独立执行的进程组成的，而并行性是同时执行（可能相关的）计算。并发是指同时处理很多事情。并行是指同时做很多事情。” [1]

Go 允许我们编写并发程序。它提供了goroutines，更重要的是 goroutines 之间的通信功能。下面我讲一下 goroutines。

Goroutines 和线程的区别

Go 使用 goroutines，而 Java 这样的语言使用线程。两者有什么区别？我们需要看 3 个因素-内存消耗，创建和销毁成本和切换成本。

内存消耗

创建 goroutine 不需要太多内存，只需要 2kB 的栈空间。它们通过堆的按需分配和释放来增长栈空间。[2][3]另一方面，线程的起始内存为 1Mb（是 goroutine 的 500 倍以上），同时还有一个称为保护页（guard page）的内存区域，该区域在一个线程的内存和另一个线程的内存之间起到保护作用。

因此，一个处理传入请求的服务器可以毫无问题地为每个请求创建一个 goroutine，但每为每个请求创建一个线程最终将导致可怕的 OutOfMemoryError。这并不局限于 Java — 任何使用操作系统线程作为主要并发手段的语言都会面临这个问题。

创建和销毁成本

线程的创建和销毁成本开销非常大，因为它必须从操作系统请求资源并在用完后释放。解决这个问题的方法是维护一个线程池。相反，goroutine 是由运行环境（runtime）创建和销毁的，这些操作的开销很小。Go 语言不支持 goroutine 的手动管理。

切换成本

当一个线程阻塞时，另一个线程需要被调度到当前处理器上运行。线程是抢占式（preemptively）的，在线程切换到另一个线程时，调度器需要保存/恢复所有寄存器，即 16 个通用寄存器，程序指针（program counter），栈指针（stack pointer），段寄存器（segment registers）和16个 XMM 寄存器，浮点协处理器状态，16个 AVX 寄存器，所有的特殊模块寄存器（MSR）等。当在线程间快速切换时，成本可就大了。

Goroutines 是协作式（cooperatively）的，当发生切换时，只需要保存/恢复 3 个寄存器-程序指针、栈指针和 DX。成本要低得多。

正如前面所讨论的，goroutine 的数量通常要比线程高得多，但是由于两个原因，一是只考虑可运行的 goroutine，不考虑阻塞的 goroutine。二是现代的调度器的复杂度为O(1)，这意味着切换时间不受选择（线程或 goroutine）数量的影响。所以 goroutine 的数量对切换时间没有影响。[5]

如何执行 goroutine

如前所述，从创建到调度再到销毁，运行环境始终管理 goroutine。运行环境分配了几个线程，所有 goroutine 都在这些线程上进行多路复用。在任何时候，每个线程都将执行一个 goroutine。如果该 goroutine 被阻塞，那么会有另外一个 goroutine 在该线程上执行。[6]

由于 goroutine 是协作式的，一个不停循环的 goroutine 可能会耗尽同一线程上的其他 goroutine。在 Go 1.2 中，这个问题的解决办法是通过在调用一个函数时偶尔出发 Go 的调度器，当一个循环里没有被内联函数时，就可以被预先占用啦。

Goroutines 阻塞

goroutine 开销很小，并且在下面的阻塞情况下，也不会导致运行的线程阻塞。

网络输入
睡觉
channels 操作
sync包中会阻塞的基本操作

即使已经创建了数以万计的 goroutine，并大多数 goroutine 都被阻塞在其中一个 goroutine 上，也不会浪费太多系统资源，因为运行环境会调度另一个 goroutine。

简单来说，goroutines 是线程上的轻量级抽象。Go 程序员不处理线程，类似地，操作系统也不知道 goroutine 的存在。从操作系统的角度来看，Go 程序的行为类似于事件驱动的 C 程序。[5]

线程和处理器尽管不能直接控制运行环境将创建的线程数量，但可以设置程序使用的处理器内核数。通过设置变量 GOMAXPROCS 并调用 runtime.GOMAXPROCS(n)。增加处理器内核的数量不一定能提高程序的性能，这取决于程序本身的设计。分析工具（profiling）可以用来为你的程序找到理想的内核数。

结束语

与其他语言一样，重要的是防止多个 goroutine 同时访问共享资源。最好使用通道（channel）在 goroutine 之间传输数据，即 do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating。

最后，我强烈建议您查看 C.A.R.Hoare 的 Communicating Sequential Processes。这个人真是个天才。在这篇 1978 年发表的论文中，他预测了处理器的单核性能最终会遇到瓶颈，芯片制造商们将转而增加处理器内核的数量。他利用这一点的提议对 Go 的设计产生了深远的影响。