goroutine为什么比线程开销小，实现原理

题目来源：SmartX，字节跳动

**答案：**Zbbxd

1.内存占用

从栈空间上， goroutine的栈空间更加动态灵活。每个OS的线程都有⼀个固定⼤⼩的栈内存，通常是2MB，栈内存⽤于保存在其他函数调⽤期间哪些正在执⾏或者
临时暂停的函数的局部变量。这个固定的栈⼤⼩，如果对于goroutine来说，可能是⼀种巨⼤的浪费。作为对⽐，goroutine在⽣命周期开始只有⼀个很⼩的栈，典型情况是2KB, 在go程序中，⼀次创建⼗万左右的goroutine也不罕⻅（2KB*100,000=200MB）。⽽且goroutine的栈不是固定⼤⼩，它可以按需增⼤和缩⼩，最⼤限制可以到1GB。
创建一个 goroutine 的栈内存消耗为 2 KB，实际运行过程中，如果栈空间不够用，会自动进行扩容。创建一个 thread 则需要消耗 1 MB 栈内存，而且还需要一个被称为 “a guard page” 的区域用于和其他 thread 的栈空间进行隔离。

2.调度

从调度上看， goroutine的调度开销远远⼩于线程调度开销。
OS的线程由OS内核调度，每隔⼏毫秒，⼀个硬件时钟中断发到CPU， CPU调⽤⼀个调度器内核函数。这个函数暂停当前正在运⾏的线程，把他的寄存器信息保存到内存中，查看线程列表并决定接下来运⾏哪⼀个线程，再从内存中恢复线程的注册表信息，最后继续执⾏选中的线程。这种线程切换需要⼀个完整的上下⽂切换：即保存⼀个线程的状态到内存，再恢复另外⼀个线程的状态，最后更新调度器的数据结构。某种意义上，这种操作还是很慢的。

Go运⾏的时候包涵⼀个⾃⼰的调度器，这个调度器使⽤⼀个称为⼀个M:N调度技术， m个goroutine到n个os线程（可以⽤GOMAXPROCS来控制n的数量）， Go的调度器不是由硬件时钟来定期触发的，⽽是由特定的go语⾔结构来触发的，他不需要切换到内核语境，所以调度⼀个goroutine⽐调度⼀个线程的成本低很多。

实现原理：

goroutine的本质是协程，是实现并⾏计算的核⼼。
goroutine使⽤⽅式⾮常的简单，只需使⽤go关键字即可启动⼀个协程，并且它是处于异步⽅式运⾏，你不需要等
它运⾏完成以后再执⾏以后的代码。

go func()//通过go关键字启动⼀个协程来运⾏函数

协程:

协程拥有⾃⼰的寄存器上下⽂和栈。协程调度切换时，将寄存器上下⽂和栈保存到其他地⽅，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下⽂和栈。 因此，协程能保留上⼀次调⽤时的状态（即所有局部状态的⼀个特定组合），每次过程重⼊时，就相当于进⼊上⼀次调⽤的状态，换种说法：进⼊上⼀次离开时所处逻辑流的位置。 线程和进程的操作是由程序触发系统接⼝，最后的执⾏者是系统；协程的操作执⾏者则是⽤户⾃身程序， goroutine也是协程。
groutine能拥有强⼤的并发实现是通过GPM调度模型实现。

Go的调度器内部有四个重要的结构：

M， P， S， Sched，如上图所示（Sched未给出） .

M:M代表内核级线程，⼀个M就是⼀个线程， goroutine就是跑在M之上的； M是⼀个很⼤的结构，⾥⾯维护⼩对象内存cache（mcache）、当前执⾏的goroutine、随机数发⽣器等等⾮常多的信息

G:代表⼀个goroutine，它有⾃⼰的栈， instruction pointer和其他信息（正在等待的channel等等），⽤于调
度。

P:P全称是Processor，处理器，它的主要⽤途就是⽤来执⾏goroutine的，所以它也维护了⼀个goroutine队
列，⾥⾯存储了所有需要它来执⾏的goroutine

Sched：代表调度器，它维护有存储M和G的队列以及调度器的⼀些状态信息等。

调度实现:

从上图中可以看到，有2个物理线程M，每⼀个M都拥有⼀个处理器P，每⼀个也都有⼀个正在运⾏的goroutine。 P的数量可以通过GOMAXPROCS()来设置，它其实也就代表了真正的并发度，即有多少个goroutine可以同时运⾏。图中灰⾊的那些goroutine并没有运⾏，⽽是出于ready的就绪态，正在等待被调度。 P维护着这个队列（称之为runqueue）， Go语⾔⾥，启动⼀个goroutine很容易： go function 就⾏，所以每有⼀个go语句被执⾏，runqueue队列就在其末尾加⼊⼀个goroutine，在下⼀个调度点，就从runqueue中取出（如何决定取哪个goroutine？）⼀个goroutine执⾏。当⼀个OS线程M0陷⼊阻塞时， P转⽽在运⾏M1，图中的M1可能是正被创建，或者从线程缓存中取出。

当MO返回时，它必须尝试取得⼀个P来运⾏goroutine，⼀般情况下，它会从其他的OS线程那⾥拿⼀个P过来， 如果没有拿到的话，它就把goroutine放在⼀个global runqueue⾥，然后⾃⼰睡眠（放⼊线程缓存⾥）。所有的P也会周期性的检查global runqueue并运⾏其中的goroutine，否则global runqueue上的goroutine永远⽆法执⾏。另⼀种情况是P所分配的任务G很快就执⾏完了（分配不均），这就导致了这个处理器P很忙，但是其他的P还有任务，此时如果global runqueue没有任务G了，那么P不得不从其他的P⾥拿⼀些G来执⾏。

通常来说，如果P从其他的P那⾥要拿任务的话，⼀般就拿run queue的⼀半，这就确保了每个OS线程都能充分的使⽤。