今天介紹一下 go語言的并發(fā)機制以及它所使用的CSP并發(fā)模型

CSP并發(fā)模型

CSP模型是上個世紀(jì)七十年代提出的，用于描述兩個獨立的并發(fā)實體通過共享的通訊 channel(管道)進(jìn)行通信的并發(fā)模型。 CSP中channel是第一類對象，它不關(guān)注發(fā)送消息的實體，而關(guān)注與發(fā)送消息時使用的channel。

Golang CSP

Golang 就是借用CSP模型的一些概念為之實現(xiàn)并發(fā)進(jìn)行理論支持，其實從實際上出發(fā)，go語言并沒有，完全實現(xiàn)了CSP模型的所有理論，僅僅是借用了 process和channel這兩個概念。process是在go語言上的表現(xiàn)就是 goroutine 是實際并發(fā)執(zhí)行的實體，每個實體之間是通過channel通訊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

Channel

Golang中使用 CSP中 channel 這個概念。channel 是被單獨創(chuàng)建并且可以在進(jìn)程之間傳遞，它的通信模式類似于 boss-worker 模式的，一個實體通過將消息發(fā)送到channel 中，然后又監(jiān)聽這個 channel 的實體處理，兩個實體之間是匿名的，這個就實現(xiàn)實體中間的解耦，其中 channel 是同步的一個消息被發(fā)送到 channel 中，最終是一定要被另外的實體消費掉的，在實現(xiàn)原理上其實是一個阻塞的消息隊列。

Goroutine

Goroutine 是實際并發(fā)執(zhí)行的實體，它底層是使用協(xié)程(coroutine)實現(xiàn)并發(fā)，coroutine是一種運行在用戶態(tài)的用戶線程，類似于 greenthread，go底層選擇使用coroutine的出發(fā)點是因為，它具有以下特點：

• 用戶空間 避免了內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的切換導(dǎo)致的成本
• 可以由語言和框架層進(jìn)行調(diào)度
• 更小的棧空間允許創(chuàng)建大量的實例

可以看到第二條 用戶空間線程的調(diào)度不是由操作系統(tǒng)來完成的，像在java 1.3中使用的greenthread的是由JVM統(tǒng)一調(diào)度的(后java已經(jīng)改為內(nèi)核線程)，還有在ruby中的fiber(半?yún)f(xié)程) 是需要在重新中自己進(jìn)行調(diào)度的，而goroutine是在golang層面提供了調(diào)度器，并且對網(wǎng)絡(luò)IO庫進(jìn)行了封裝，屏蔽了復(fù)雜的細(xì)節(jié)，對外提供統(tǒng)一的語法關(guān)鍵字支持，簡化了并發(fā)程序編寫的成本。

Goroutine 調(diào)度器

上節(jié)已經(jīng)說了，golang使用goroutine做為最小的執(zhí)行單位，但是這個執(zhí)行單位還是在用戶空間，實際上最后被處理器執(zhí)行的還是內(nèi)核中的線程，用戶線程和內(nèi)核線程的調(diào)度方法有：

N:1 多個用戶線程對應(yīng)一個內(nèi)核線程

1:1 一個用戶線程對應(yīng)一個內(nèi)核線程

M:N 用戶線程和內(nèi)核線程是多對多的對應(yīng)關(guān)系

golang 通過為goroutine提供語言層面的調(diào)度器，來實現(xiàn)了高效率的M:N線程對應(yīng)關(guān)系

調(diào)度示意

圖中

• M：是內(nèi)核線程
• P : 是調(diào)度協(xié)調(diào)，用于協(xié)調(diào)M和G的執(zhí)行，內(nèi)核線程只有拿到了 P才能對goroutine繼續(xù)調(diào)度執(zhí)行，一般都是通過限定P的個數(shù)來控制golang的并發(fā)度
• G : 是待執(zhí)行的goroutine，包含這個goroutine的棧空間
• Gn : 灰色背景的Gn 是已經(jīng)掛起的goroutine，它們被添加到了執(zhí)行隊列中，然后需要等待網(wǎng)絡(luò)IO的goroutine，當(dāng)P通過 epoll查詢到特定的fd的時候，會重新調(diào)度起對應(yīng)的，正在掛起的goroutine。

Golang為了調(diào)度的公平性，在調(diào)度器加入了steal working 算法 ，在一個P自己的執(zhí)行隊列，處理完之后，它會先到全局的執(zhí)行隊列中偷G進(jìn)行處理，如果沒有的話，再會到其他P的執(zhí)行隊列中搶G來進(jìn)行處理。

總結(jié)

Golang實現(xiàn)了 CSP 并發(fā)模型做為并發(fā)基礎(chǔ)，底層使用goroutine做為并發(fā)實體，goroutine非常輕量級可以創(chuàng)建幾十萬個實體。實體間通過 channel 繼續(xù)匿名消息傳遞使之解耦，在語言層面實現(xiàn)了自動調(diào)度，這樣屏蔽了很多內(nèi)部細(xì)節(jié)，對外提供簡單的語法關(guān)鍵字，大大簡化了并發(fā)編程的思維轉(zhuǎn)換和管理線程的復(fù)雜性。