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Go语言——goroutine并发模型

参考：

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Goroutine并发调度模型深度解析手撸一个协程池

Golang 的 goroutine 是如何实现的？

Golang - 调度剖析【第二部分】

OS线程初始栈为2MB。Go语言中，每个goroutine采用动态扩容方式，初始2KB，按需增长，最大1G。此外GC会收缩栈空间。

BTW，增长扩容都是有代价的，需要copy数据到新的stack，所以初始2KB可能有些性能问题。

更多关于stack的内容，可以参见大佬的文章。 聊一聊goroutine stack

用户线程的调度以及生命周期管理都是用户层面，Go语言自己实现的，不借助OS系统调用，减少系统资源消耗。

Go语言采用两级线程模型，即用户线程与内核线程KSE（kernel scheduling entity）是M:N的。最终goroutine还是会交给OS线程执行，但是需要一个中介，提供上下文。这就是G-M-P模型

Go调度器有两个不同的运行队列：

go1.10\src\runtime\runtime2.go

Go调度器根据事件进行上下文切换。

调度的目的就是防止M堵塞，空闲，系统进程切换。

详见 Golang - 调度剖析【第二部分】

Linux可以通过epoll实现网络调用，统称网络轮询器N（Net Poller）。

文件IO操作

上面都是防止M堵塞，任务窃取是防止M空闲

每个M都有一个特殊的G，g0。用于执行调度，gc，栈管理等任务，所以g0的栈称为调度栈。g0的栈不会自动增长，不会被gc，来自os线程的栈。

go1.10\src\runtime\proc.go

G没办法自己运行，必须通过M运行

M通过通过调度，执行G

从M挂载P的runq中找到G，执行G

golang map源码浅析

golang 中 map的实现结构为： 哈希表 + 链表。 其中链表，作用是当发生hash冲突时，拉链法生成的结点。

可以看到， []bmap 是一个hash table， 每一个 bmap是我们常说的“桶”。 经过hash 函数计算出来相同的hash值， 放到相同的桶中。 一个 bmap中可以存放 8个 元素， 如果多出8个，则生成新的结点，尾接到队尾。

以上是只是静态文件 src/runtime/map.go 中的定义。 实际上编译期间会给它加料 ，动态地创建一个新的结构：

上图就是 bmap的内存模型， HOB Hash 指的就是 top hash。 注意到 key 和 value 是各自放在一起的，并不是 key/value/key/value/... 这样的形式。源码里说明这样的好处是在某些情况下可以省略掉 padding 字段，节省内存空间。

每个 bmap设计成 最多只能放 8 个 key-value 对 ，如果有第 9 个 key-value 落入当前的 bmap，那就需要再构建一个 bmap，通过 overflow 指针连接起来。

map创建方法:

我们实际上是通过调用的 makemap ，来创建map的。实际工作只是初始化了hmap中的各种字段，如：设置B的大小， 设置hash 种子 hash 0.

注意 :

makemap 返回是*hmap 指针， 即 map 是引用对象， 对map的操作会影响到结构体内部 。

使用方式

对应的是下面两种方法

map的key的类型，实现了自己的hash 方式。每种类型实现hash函数方式不一样。

key 经过哈希计算后得到hash值，共 64 个 bit 位。 其中后B 个bit位置， 用来定位当前元素落在哪一个桶里， 高8个bit 为当前 hash 值的top hash。 实际上定位key的过程是一个双重循环的过程， 外层循环遍历 所有的overflow， 内层循环遍历 当前bmap 中的 8个元素 。

举例说明： 如果当前 B 的值为 5， 那么buckets 的长度 为 2^5 = 32。假设有个key 经过hash函数计算后，得到的hash结果为：

外层遍历bucket 中的链表

内层循环遍历 bmap中的8个 cell

建议先不看此部分内容，看完后续 修改 map中元素 - 扩容 操作后 再回头看此部分内容。

扩容前的数据：

等量扩容后的数据：

等量扩容后，查找方式和原本相同， 不多做赘述。

两倍扩容后的数据

两倍扩容后，oldbuckets 的元素，可能被分配成了两部分。查找顺序如下：

此处只分析 mapaccess1 ,。 mapaccess2 相比 mapaccess1 多添加了是否找到的bool值， 有兴趣可自行看一下。

使用方式：

步骤如下：

扩容条件 ：

扩容的标识 ： h.oldbuckets ！= nil

假设当前定位到了新的buckets的3号桶中，首先会判断oldbuckets中的对应的桶有没有被搬迁过。 如果搬迁过了，不需要看原来的桶了，直接遍历新的buckets的3号桶。

扩容前：

等量扩容结果

双倍扩容会将old buckets上的元素分配到x， y两个部key 1 B == 0 分配到x部分，key 1 B == 1 分配到y部分

注意： 当前只对双倍扩容描述， 等量扩容只是重新填充了一下元素， 相对位置没有改变。

假设当前map 的B == 5，原本元素经过hash函数计算的 hash 值为：

因为双倍扩容之后 B = B + 1，此时B == 6。key 1 B == 1, 即 当前元素rehash到高位，新buckets中 y 部分. 否则 key 1 B == 0 则rehash到低位，即x 部分。

使用方式：

可以看到，每一遍历生成迭代器的时候，会随机选取一个bucket 以及 一个cell开始。 从前往后遍历，再次遍历到起始位置时，遍历完成。

GoLang中的切片扩容机制

[5]int 是数组，而 []int 是切片。二者看起来相似，实则是根本上不同的数据结构。

切片的数据结构中，包含一个指向数组的指针 array ，当前长度 len ，以及最大容量 cap 。在使用 make([]int, len) 创建切片时，实际上还有第三个可选参数 cap ，也即 make([]int, len, cap) 。在不声明 cap 的情况下，默认 cap=len 。当切片长度没有超过容量时，对切片新增数据，不会改变 array 指针的值。

当对切片进行 append 操作，导致长度超出容量时，就会创建新的数组，这会导致和原有切片的分离。在下例中

由于 a 的长度超出了容量，所以切片 a 指向了一个增长后的新数组，而 b 仍然指向原来的老数组。所以之后对 a 进行的操作，对 b 不会产生影响。

试比较

本例中， a 的容量为6，因此在 append 后并未超出容量，所以 array 指针没有改变。因此，对 a 进行的操作，对 b 同样产生了影响。

下面看看用 a := []int{} 这种方式来创建切片会是什么情况。

可以看到，空切片的容量为0，但后面向切片中添加元素时，并不是每次切片的容量都发生了变化。这是因为，如果增大容量，也即需要创建新数组，这时还需要将原数组中的所有元素复制到新数组中，开销很大，所以GoLang设计了一套扩容机制，以减少需要创建新数组的次数。但这导致无法很直接地判断 append 时是否创建了新数组。

如果一次添加多个元素，容量又会怎样变化呢？试比较下面两个例子：

那么，是不是说，当向一个空切片中插入 2n-1 个元素时，容量就会被设置为 2n 呢？我们来试试其他的数据类型。

可以看到，根据切片对应数据类型的不同，容量增长的方式也有很大的区别。相关的源码包括： src/runtime/msize.go ， src/runtime/mksizeclasses.go 等。

我们再看看切片初始非空的情形。

可以看到，与刚刚向空切片添加5个int的情况一致，向有3个int的切片中添加2个int，容量增长为6。

需要注意的是， append 对切片扩容时，如果容量超过了一定范围，处理策略又会有所不同。可以看看下面这个例子。

具体为什么会是这样的变化过程，还需要从 源码 中寻找答案。下面是 src/runtime/slice.go 中的 growslice 函数中的核心部分。

GoLang中的切片扩容机制，与切片的数据类型、原本切片的容量、所需要的容量都有关系，比较复杂。对于常见数据类型，在元素数量较少时，大致可以认为扩容是按照翻倍进行的。但具体情况需要具体分析。