字节一面:go的协程比线程轻量,体现在哪?-技术圈

用户态和内核态

Linux整个体系分为用户态和内核态(或者叫用户空间和内核空间)，那内核态究竟是什么呢?

本质上我们所说的内核态，它是一种特殊的软件程序，特殊在哪？统筹计算机的硬件资源，例如协调CPU资源、分配内存资源、并且提供稳定的环境供应用程序运行。

应用程序系统调用坠入内核态。

为什么线程切换会导致用户态和内核态的切换？

•线程是cpu调度的基本单位，进程是资源占有的基本单位。•因为线程中的代码是在用户态运行，而线程的调度是在内核态，所以线程切换会触发用户态和内核态的切换。•线程上下文切换的代价是高昂的：上下文切换的延迟取决于不同的因素，大概是50到100 ns左右，考虑到硬件平均在每个核心上每ns执行12条指令，那么一次上下文切换可能会花费600到1200条指令的延迟时间。

导致线程上下文切换的时机

<1>. 自发性上下文切换	自发性上下文切换指线程由于自身因素导致的切出
Thread.sleep()	线程主动休眠
object.wait()	线程等待锁
Thread.yield()	当前线程主动让出CPU，如果有其他就绪线程就执行其他线程，如果没有则继续当前线程
oThread.join()	阻塞发起调用的线程，直到oThread执行完毕

<2>. 非自发性上下文切换：线程由于线程调度器的原因被迫切出
线程的时间片用完
高优先级线程抢占
垃圾回收动作

线程切换的开销

<1>. 直接开销
保存/恢复上下文所需的开销
线程调度器调度线程的开销

<2>. 间接开销
重新加载高速缓存
上下文切换可能导致一级缓存被冲刷，写入下一级缓存或内存

go的协程轻量级体现在哪?

如上面所述，线程切换会导致用户态和内核态的切换，其中内核态耗时较长，且不受用户代码控制。

go将goroutine的调度维持在用户态，这是由GPM中的P Process来完成的，做用户态任务的调度器，功能类比于常规的操作系统线程调度器，所以又被称为逻辑处理器。

(1) 上下文切换代价小： P 是G、M之间的桥梁，调度器对于goroutine的调度，很明显也会有切换，这个切换是很轻量的：只涉及PC SP DX三个寄存器的值的修改；而对比线程的上下文切换则需要陷入内核模式、以及16个寄存器的刷新。

(2) 内存占用少：线程栈空间通常是2M， Goroutine栈空间最小是2k：

Golang可以轻松支持10W+的Goroutine运行，而线程数量达到1k，内存占用就到2G。

Go GMP调度方式

•由逻辑处理器P调度协程G进系统线程M (若本地队列没有G，从其他队列/全局队列偷取G)，•线程M执行G，遇到[系统调用], G和M分离，拿新的M去接管原逻辑处理器P

请仔细阅读上图，出处不可考证，感谢原图作者。

这里特意指出网络IO操作不会走上图的模型，否则要分配的系统线程M依然很多，程序很快就爆满了。这时G会和逻辑处理器P分离，并移动到netpoller，一旦网络轮询器通知网络读/写就绪，对应G就会重新分配到逻辑器处理器上来完成操作，在此期间原系统线程M可以去做别的G。

ref

•https://blog.csdn.net/No_Game_No_Life_/article/details/106100813•https://zhuanlan.zhihu.com/p/261807834•https://chende.ren/2020/12/27221039-008-gmp-model.html•https://studygolang.com/articles/12328•https://www.jianshu.com/p/cc3c0fefee43

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