通俗解释

想象一下，goroutines是Go语言里的小精灵，每个小精灵都有自己的任务去做。Go语言创造了一个非常聪明的系统来管理这些小精灵，让它们可以和谐共处，高效完成任务。这个系统的核心部分，就像是一个非常灵活的调度官，我们可以用以下几个点来简单描述它的工作原理：

1. 轻量级小精灵（Goroutines）

• 每个goroutine都是一个轻量级的小精灵，它占用的资源非常少。这意味着你可以同时拥有成千上万个小精灵，而不会给你的系统带来太大负担。

2. 聪明的调度官（调度器）

• Go语言有一个内置的“调度官”来管理这些小精灵。调度官确保每个小精灵都有机会执行任务，并且尽量让每个CPU的核心都忙碌起来，没有时间浪费。

3. 工作队列

• 每个CPU核心都有自己的“工作队列”，里面排着等待执行任务的小精灵。一旦某个核心完成了当前任务，它就会从队列里取出下一个小精灵的任务来执行。

4. 工作窃取

• 如果某个CPU核心的队列空了，它会偷偷地去其他核心的队列里“窃取”一些任务过来，这样就保证了自己不会闲着，同时也帮助了忙不过来的兄弟。

5. 动态伸缩的背包（动态栈）

• 每个小精灵都有自己的背包（栈），背包里装着它们需要的工具和材料（变量和函数调用的信息）。这个背包是会根据需要伸缩的，如果任务多，背包就会变大；任务少了，背包就会缩小，这样就不会浪费空间。

6. 合作和沟通（Channels和同步）

• 小精灵们之间需要互相合作和沟通，Go语言给了它们一种特殊的工具——“通道”（Channels），通过它们可以安全地交换信息，就像递接力棒一样。此外，还有其他的同步工具，确保它们在需要的时候能够井然有序地协作。

通过这样一个高效、灵活的系统，Go语言让每个小精灵都能发挥出最大的能量，而且还能保证它们之间不会互相干扰，让整个程序运行得既快速又稳定。这就是goroutines的魔法！

goroutine核心原理

Go 为了提供更容易使用的并发方法，使用了 goroutine 和 channel。goroutine 来自协程的概念，让一组可复用的函数运行在一组线程之上，即使有协程阻塞，该线程的其他协程也可以被 runtime 调度，转移到其他可运行的线程上。最关键的是，程序员看不到这些底层的细节，这就降低了编程的难度，提供了更容易的并发。

Go 中，协程被称为 goroutine，它非常轻量，一个 goroutine 只占几 KB，并且这几 KB 就足够 goroutine 运行完，这就能在有限的内存空间内支持大量 goroutine，支持了更多的并发。虽然一个 goroutine 的栈只占几 KB，但实际是可伸缩的，如果需要更多内容，runtime 会自动为 goroutine 分配。

Goroutine 特点：

• 占用内存更小（几 kb）
• 调度更灵活 (runtime 调度)

从技术角度理解goroutine的原理

从技术角度深入讲解Go语言中goroutines的原理及其实现，我们需要关注Go运行时（runtime）的设计和调度器的工作方式。Go运行时是goroutines能够高效运行的基础，它负责goroutines的创建、调度、同步以及网络I/O等。

Go运行时（Runtime）

Go运行时是一个与语言紧密集成的环境，它提供了垃圾回收、goroutine调度、通道和其他关键功能。它是用C和Go语言编写的，并在每个Go程序中运行，无需额外安装。

Goroutines的创建

• 栈分配：每个goroutine开始时只有很小的栈，通常为2KB。栈可以按需增长和收缩，这使得创建数十万个goroutine成为可能。
• 创建过程：当使用go关键字启动一个函数时，Go运行时会在堆上分配一个新的goroutine结构，包含栈（用于执行函数调用）和goroutine的状态。

调度器（Scheduler）

Go运行时包含一个内部调度器，用于管理goroutines的执行。这个调度器是M:N调度模型的一个实现，它将M个goroutines映射到N个操作系统线程上。

• M:N调度：调度器尝试在用户级别平衡负载，将活跃的goroutine分配给可用的线程，而不是依赖操作系统的线程调度。这样可以减少上下文切换的成本，并允许更高的并发。
• 工作窃取：调度器使用工作窃取策略来平衡多个处理器上的负载。当一个线程运行完当前的goroutine队列中的任务时，它可以从其他线程的队列中“窃取”任务来执行。

Goroutines的调度

• G、M、P的概念：调度器使用三种主要的抽象来管理goroutines的执行：
  • G（Goroutine）：代表一个goroutine的执行上下文。
  • M（Machine）：代表一个内核线程，可以执行G。
  • P（Processor）：代表逻辑处理器，其数量通常等于机器的CPU核数。P维护一个本地运行队列，G需要P的资源才能在M上执行。
• 调度循环：P会从其本地运行队列中取出G来执行。如果P的本地队列为空，它会尝试从其他P窃取G，或者从全局队列中获取G。

同步与通信

• Channels：goroutine间的主要通信机制。Channels提供了一种同步机制，因为它们在发送和接收数据时会阻塞，直到另一端准备好。
• 同步原语：Go运行时还提供了互斥锁（mutexes）、等待组（wait groups）等传统的同步机制，以方便在goroutines之间同步共享资源的访问。

总结

goroutines的轻量级、高效调度和简便的通信机制是Go并发编程的强大之处。它们通过Go运行时的支持，使得开发者可以轻松地创建和管理成千上万的并发任务，而无需担心传统并发编程中常见的复杂性和安全问题。通过M:N调度、工作窃取策略和动态栈管理，Go确保了其并发模型既高效又灵活，适用于构建高并发的应用程序。