Go goroutine的底层实现原理？

参考解析

概念

Goroutine可以理解为一种Go语言的协程（轻量级线程），是Go支持高并发的基础，属于用户态的线程，由Go runtime管理而不是操作系统。

底层数据结构

type g struct {
goid    int64 // 唯一的goroutine的ID
sched gobuf // goroutine切换时，用于保存g的上下文
stack stack // 栈
gopc        // pc of go statement that created this goroutine
startpc    uintptr // pc of goroutine function
...
}
type gobuf struct {
sp   uintptr // 栈指针位置
pc   uintptr // 运行到的程序位置
g    guintptr // 指向 goroutine
ret  uintptr  // 保存系统调用的返回值
...
}
type stack struct {
lo uintptr // 栈的下界内存地址
hi uintptr // 栈的上界内存地址
}

最终有一个 runtime.g 对象放入调度队列

状态流转

创建

通过go关键字调用底层函数runtime.newproc()创建一个goroutine

当调用该函数之后，goroutine会被设置成runnable状态

func main() { go func() { fmt.Println("func routine") }() fmt.Println("main goroutine") }

创建好的这个goroutine会新建一个自己的栈空间，同时在G的sched中维护栈地址与程序计数器这些信息。

每个 G 在被创建之后，都会被优先放入到本地队列中，如果本地队列已经满了，就会被放入到全局队列中。

运行

goroutine 本身只是一个数据结构，真正让 goroutine 运行起来的是调度器。Go 实现了一个用户态的调度器（GMP模型），这个调度器充分利用现代计算机的多核特性，同时让多个 goroutine 运行，同时 goroutine 设计的很轻量级，调度和上下文切换的代价都比较小。

调度时机：

• 新起一个协程和协程执行完毕
• 会阻塞的系统调用，比如文件io、网络io
• channel、mutex等阻塞操作
• time.sleep
• 垃圾回收之后
• 主动调用runtime.Gosched()
• 运行过久或系统调用过久等等

每个 M 开始执行 P 的本地队列中的 G时，goroutine会被设置成running状态

如果某个 M 把本地队列中的G都执行完成之后，然后就会去全局队列中拿 G，这里需要注意，每次去全局队列拿 G 的时候，都需要上锁，避免同样的任务被多次拿。

如果全局队列都被拿完了，而当前 M 也没有更多的 G 可以执行的时候，它就会去其他 P 的本地队列中拿任务，这个机制被称之为 work stealing 机制，每次会拿走一半的任务，向下取整，比如另一个 P 中有 3 个任务，那一半就是一个任务。

当全局队列为空，M 也没办法从其他的 P 中拿任务的时候，就会让自身进入自选状态，等待有新的 G 进来。最多只会有 GOMAXPROCS 个 M 在自旋状态，过多 M 的自旋会浪费 CPU 资源。

阻塞

channel的读写操作、等待锁、等待网络数据、系统调用等都有可能发生阻塞，会调用底层函数runtime.gopark()，会让出CPU时间片，让调度器安排其它等待的任务运行，并在下次某个时候从该位置恢复执行。

当调用该函数之后，goroutine会被设置成waiting状态

唤醒

处于waiting状态的goroutine，在调用runtime.goready()函数之后会被唤醒，唤醒的goroutine会被重新放到M对应的上下文P对应的runqueue中，等待被调度。

当调用该函数之后，goroutine会被设置成runnable状态

退出

当goroutine执行完成后，会调用底层函数runtime.Goexit()

当调用该函数之后，goroutine会被设置成dead状态