go语言设计原理 go语言设计原理是什么

go语言是什么

Go语言是一种开源的编程语言，被广泛应用于网络编程、云计算、分布式系统等领域。

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go语言的三位作者

Go语言的设计目标是成为一种语法简洁、执行效率高、并发性能强大的编程语言。它由Google公司研发，于2009年首次发布，并于2012年成为了开源项目。Go语言具有C语言的表达能力和Python的开发效率，同时还拥有自己独特的语法和特性，如协程、垃圾回收机制等。因此，它被广泛应用于网络编程、云计算、分布式系统等领域，并且越来越受到开发者的青睐。

Go语言的出现，填补了许多编程语言在并发编程方面的空缺。它提供了一种轻量级线程模型，通过协程（goroutine）的方式，实现了高效的并发编程。同时，Go语言还支持内置的网络编程和字节序列编解码库，使得网络编程变得更加容易和高效。在云计算、分布式系统等领域，Go语言也得到了广泛的应用。例如，Docker和Kubernetes等开源项目就是用Go语言开发的。此外，Go语言还具有代码可读性高、编译速度快、编译后的可执行文件体积小等优点，使得它成为了开发高性能、高并发应用的理想语言之一。

【golang详解】go语言GMP(GPM)原理和调度

Goroutine调度是一个很复杂的机制，下面尝试用简单的语言描述一下Goroutine调度机制，想要对其有更深入的了解可以去研读一下源码。

首先介绍一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go协程，每个go关键字都会创建一个协程。

M ---------- thread内核级线程，所有的G都要放在M上才能运行。

P ----------- processor处理器，调度G到M上，其维护了一个队列，存储了所有需要它来调度的G。

Goroutine 调度器P和 OS 调度器是通过 M 结合起来的，每个 M 都代表了 1 个内核线程，OS 调度器负责把内核线程分配到 CPU 的核上执行

模型图：

避免频繁的创建、销毁线程，而是对线程的复用。

1）work stealing机制

当本线程无可运行的G时，尝试从其他线程绑定的P偷取G，而不是销毁线程。

2）hand off机制

当本线程M0因为G0进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的P，把P转移给其他空闲的线程执行。进而某个空闲的M1获取P，继续执行P队列中剩下的G。而M0由于陷入系统调用而进被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空闲，就可以保证充分利用CPU。M1的来源有可能是M的缓存池，也可能是新建的。当G0系统调用结束后，根据M0是否能获取到P，将会将G0做不同的处理：

如果有空闲的P，则获取一个P，继续执行G0。

如果没有空闲的P，则将G0放入全局队列，等待被其他的P调度。然后M0将进入缓存池睡眠。

如下图

GOMAXPROCS设置P的数量，最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上同时运行

在Go中一个goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被饿死。

具体可以去看另一篇文章

【Golang详解】go语言调度机制 抢占式调度

当创建一个新的G之后优先加入本地队列，如果本地队列满了，会将本地队列的G移动到全局队列里面，当M执行work stealing从其他P偷不到G时，它可以从全局G队列获取G。

协程经历过程

我们创建一个协程 go func()经历过程如下图：

说明：

这里有两个存储G的队列，一个是局部调度器P的本地队列、一个是全局G队列。新创建的G会先保存在P的本地队列中，如果P的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中；处理器本地队列是一个使用数组构成的环形链表，它最多可以存储 256 个待执行任务。

G只能运行在M中，一个M必须持有一个P，M与P是1：1的关系。M会从P的本地队列弹出一个可执行状态的G来执行，如果P的本地队列为空，就会想其他的MP组合偷取一个可执行的G来执行；

一个M调度G执行的过程是一个循环机制；会一直从本地队列或全局队列中获取G

上面说到P的个数默认等于CPU核数，每个M必须持有一个P才可以执行G，一般情况下M的个数会略大于P的个数，这多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。类似线程池，Go也提供一个M的池子，需要时从池子中获取，用完放回池子，不够用时就再创建一个。

work-stealing调度算法：当M执行完了当前P的本地队列队列里的所有G后，P也不会就这么在那躺尸啥都不干，它会先尝试从全局队列队列寻找G来执行，如果全局队列为空，它会随机挑选另外一个P，从它的队列里中拿走一半的G到自己的队列中执行。

如果一切正常，调度器会以上述的那种方式顺畅地运行，但这个世界没这么美好，总有意外发生，以下分析goroutine在两种例外情况下的行为。

Go runtime会在下面的goroutine被阻塞的情况下运行另外一个goroutine：

用户态阻塞/唤醒

当goroutine因为channel操作或者network I/O而阻塞时（实际上golang已经用netpoller实现了goroutine网络I/O阻塞不会导致M被阻塞，仅阻塞G，这里仅仅是举个栗子），对应的G会被放置到某个wait队列(如channel的waitq)，该G的状态由_Gruning变为_Gwaitting，而M会跳过该G尝试获取并执行下一个G，如果此时没有可运行的G供M运行，那么M将解绑P，并进入sleep状态；当阻塞的G被另一端的G2唤醒时（比如channel的可读/写通知），G被标记为，尝试加入G2所在P的runnext（runnext是线程下一个需要执行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地队列和全局队列。

系统调用阻塞

当M执行某一个G时候如果发生了阻塞操作，M会阻塞，如果当前有一些G在执行，调度器会把这个线程M从P中摘除，然后再创建一个新的操作系统的线程(如果有空闲的线程可用就复用空闲线程)来服务于这个P。当M系统调用结束时候，这个G会尝试获取一个空闲的P执行，并放入到这个P的本地队列。如果获取不到P，那么这个线程M变成休眠状态， 加入到空闲线程中，然后这个G会被放入全局队列中。

队列轮转

可见每个P维护着一个包含G的队列，不考虑G进入系统调用或IO操作的情况下，P周期性的将G调度到M中执行，执行一小段时间，将上下文保存下来，然后将G放到队列尾部，然后从队列中重新取出一个G进行调度。

除了每个P维护的G队列以外，还有一个全局的队列，每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中G的来源，主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列，也是为了防止全局队列中的G被饿死。

除了每个P维护的G队列以外，还有一个全局的队列，每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中G的来源，主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列，也是为了防止全局队列中的G被饿死。

M0

M0是启动程序后的编号为0的主线程，这个M对应的实例会在全局变量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0负责执行初始化操作和启动第一个G，在之后M0就和其他的M一样了

G0

G0是每次启动一个M都会第一个创建的goroutine，G0仅用于负责调度G，G0不指向任何可执行的函数，每个M都会有一个自己的G0，在调度或系统调用时会使用G0的栈空间，全局变量的G0是M0的G0

一个G由于调度被中断，此后如何恢复？

中断的时候将寄存器里的栈信息，保存到自己的G对象里面。当再次轮到自己执行时，将自己保存的栈信息复制到寄存器里面，这样就接着上次之后运行了。

我这里只是根据自己的理解进行了简单的介绍，想要详细了解有关GMP的底层原理可以去看Go调度器 G-P-M 模型的设计者的文档或直接看源码

参考： ()

()

为什么要使用 Go 语言？Go 语言的优势在哪里

1. 保留但大幅度简化指针

Go语言保留着C中值和指针的区别，但是对于指针繁琐用法进行了大量的简化，引入引用的概念。所以在Go语言中，你几乎不用担心会因为直接操作内寸而引起各式各样的错误。

2. 多参数返回

还记得在C里面为了回馈多个参数，不得不开辟几段指针传到目标函数中让其操作么？在Go里面这是完全不必要的。而且多参数的支持让Go无需使用繁琐的exceptions体系，一个函数可以返回期待的返回值加上error，调用函数后立刻处理错误信息，清晰明了。

3. Array，slice，map等内置基本数据结构

如果你习惯了Python中简洁的list和dict操作，在Go语言中，你不会感到孤单。一切都是那么熟悉，而且更加高效。如果你是C++程序员，你会发现你又找到了STL的vector 和 map这对朋友。

4. Interface

Go语言最让人赞叹不易的特性，就是interface的设计。任何数据结构，只要实现了interface所定义的函数，自动就implement了这个interface，没有像Java那样冗长的class申明，提供了灵活太多的设计度和OO抽象度，让你的代码也非常干净。千万不要以为你习惯了Java那种一条一条加implements的方式，感觉还行，等接口的设计越来越复杂的时候，无数Bug正在后面等着你。

同时，正因为如此，Go语言的interface可以用来表示任何generic的东西，比如一个空的interface，可以是string可以是int，可以是任何数据类型，因为这些数据类型都不需要实现任何函数，自然就满足空interface的定义了。加上Go语言的type assertion，可以提供一般动态语言才有的duck typing特性， 而仍然能在compile中捕捉明显的错误。

5. OO

Go语言本质上不是面向对象语言，它还是过程化的。但是，在Go语言中， 你可以很轻易的做大部分你在别的OO语言中能做的事，用更简单清晰的逻辑。是的，在这里，不需要class，仍然可以继承，仍然可以多态，但是速度却快得多。因为本质上，OO在Go语言中，就是普通的struct操作。

6. Goroutine

这个几乎算是Go语言的招牌特性之一了，我也不想多提。如果你完全不了解Goroutine，那么你只需要知道，这玩意是超级轻量级的类似线程的东西，但通过它，你不需要复杂的线程操作锁操作，不需要care调度，就能玩转基本的并行程序。在Go语言里，触发一个routine和erlang spawn一样简单。基本上要掌握Go语言，以Goroutine和channel为核心的内存模型是必须要懂的。不过请放心，真的非常简单。

7. 更多现代的特性

和C比较，Go语言完全就是一门现代化语言，原生支持的Unicode, garbage collection, Closures(是的，和functional programming language类似), function是first class object，等等等等。

看到这里，你可能会发现，我用了很多轻易，简单，快速之类的形容词来形容Go语言的特点。我想说的是，一点都不夸张，连Go语言的入门学习到提高，都比别的语言门槛低太多太多。在大部分人都有C的背景的时代，对于Go语言，从入门到能够上手做项目，最多不过半个月。Go语言给人的感觉就是太直接了，什么都直接，读源代码直接，写自己的代码也直接。