GMP 模型
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Go 的 GMP 模型是 Go 语言的并发调度模型,它通过 Goroutine、M(操作系统线程)和 P(处理器)三个核心概念来实现高效的并发调度和执行。以下是对 GMP 模型的详细解释:
1. Goroutine (G)
- 定义:Goroutine 是 Go 语言中的轻量级线程,类似于操作系统中的线程,但更加轻量和高效。
- 特点:Goroutine 的创建和销毁开销非常小,能够在数百万数量级上运行而不会导致系统资源枯竭。
- 调度:Goroutine 的调度由 Go 运行时自动管理,无需显式管理。
2. Machine (M)
- 定义:M 代表实际的操作系统线程(也称为内核线程)。
- 职责:M 执行 G 并由 Go 运行时管理。一个 M 可以执行多个 G,但在任意时间点,一个 M 只能执行一个 G。
- 上下文切换:M 会在 G 之间进行上下文切换,但这种切换由 Go 运行时管理,比操作系统的线程切换开销更低。
3. Processor (P)
- 定义:P 代表处理器,是一个逻辑处理单元,用于管理 G 的调度。
- 数量:P 的数量由
GOMAXPROCS
环境变量设置,默认为机器的 CPU 核心数。 - 作用:P 维护着一个本地的 G 队列,并负责将 G 分配给 M 执行。每个 P 只能绑定一个 M,但可以在不同 M 之间切换。
GMP 模型的工作机制
- 初始化:Go 程序启动时,会根据
GOMAXPROCS
初始化 P 的数量,并创建相应数量的 M。 - 调度:
- Goroutine 的创建和切换由 P 负责。P 会维护一个本地 G 队列,当一个 M 需要执行 G 时,会从 P 的本地队列中获取 G。
- 如果本地队列为空,P 会从全局队列或者其他 P 的队列中窃取 G 来执行。
- 执行:
- M 从 P 获取 G 后开始执行。
- 如果 G 在执行过程中发生阻塞(如 IO 操作),M 会将 G 放回队列并尝试获取新的 G 来执行。
- 抢占:
- Go 运行时会定期检查正在运行的 G,如果某个 G 执行时间过长,会被抢占并重新调度,以确保其他 G 有机会运行。
GMP 模型的优点
- 高效调度:GMP 模型通过逻辑处理单元(P)和工作窃取机制,实现了高效的 Goroutine 调度,避免了大量的操作系统线程上下文切换开销。
- 并发支持:GMP 模型充分利用了多核 CPU 的优势,使 Goroutine 能够在多核 CPU 上并发执行,提高了程序的执行效率。
- 轻量级:Goroutine 相对于操作系统线程更加轻量级,使得 Go 程序可以创建和管理大量并发任务而不显著增加系统负担。
示例代码
以下是一个简单的示例,展示了 Go 如何使用 Goroutine 实现并发计算:
1 | package main |
总结
GMP 模型是 Go 语言实现高效并发的核心机制,通过 Goroutine、M(机器线程)和 P(处理器)三个核心概念,实现了轻量级、高效的并发调度。Goroutine 的轻量级和 GMP 模型的高效调度使得 Go 在处理高并发任务时表现出色,非常适合构建高性能的并发应用。
使用 P 的优点
- 每个 P 维护一个本地 Goroutine 队列,不用一直去全局队列拿 G ,减少了锁争用,提升了调度效率。
- 每个 P 绑定一个操作系统线程(M),P 负责 Goroutine 的调度,操作系统线程(M)只负责执行任务,减少了复杂的线程管理开销。
- 窃取 G 的方式,也实现个 P 直接的负载均衡,最大限度的利用服务器性能
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