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线程的实现可以分三类:用户级线程,内核级线程和混合式线程。
用户级线程是指不需要内核支持而在用户程序中实现的线程,它的内核的切换是由用户态程序自己控制内核的切换,不需要内核的干涉。但是它不能像内核级线程一样更好的运用多核CPU。
库调度器从进程的多个线程中选择一个线程,然后该线程和该进程允许的一个内核线程关联起来。内核线程将被操作系统调度器指派到处理器内核。
用户级线程是一种多对一的线程映射。
内核级线程:切换由内核控制,当线程进行切换的时候,由用户态转化为内核态。切换完毕要从内核态返回用户态。可以很好的运用多核CPU,就像Windows电脑的四核八线程,双核四线程一样。
内核线程驻留在内核空间,它们是内核对象。有了内核线程,每个用户线程被映射或绑定到一个内核线程。用户线程在其生命期内都会绑定到该内核线程。一旦用户线程终止,两个线程都将离开系统。
这被称作一对一线程映射。
通常goroutine会被当做coroutine(协程)的 golang实现。
goroutine和它的Go Scheduler在底层实现上其实是属于混合型线程,goroutine并不等同于协程。
组合方式的多线程实现, 线程创建完全在用户空间中完成,线程的调度和同步也在应用程序中进行. 一个应用程序中的多个用户级线程被映射到一些(小于或等于用户级线程的数目)内核级线程上。
下图说明了用户级与内核级的组合实现方式, 在这种模型中,每个内核级线程有一个可以轮流使用的用户级线程集合
每一个OS线程都有一个固定大小的内存块(一般会是2MB)来做栈,这个栈会用来存储当前正在被调用或挂起(指在调用其它函数时)的函数的内部变量。这个固定大小的栈同时很大又很小。因为2MB的栈对于一个小小的goroutine来说是很大的内存浪费,而对于一些复杂的任务(如深度嵌套的递归)来说又显得太小。因此,Go语言做了它自己的『线程』。
在Go语言中,每一个goroutine是一个独立的执行单元,相较于每个OS线程固定分配2M内存的模式,goroutine的栈采取了动态扩容方式, 初始时仅为2KB,随着任务执行按需增长,最大可达1GB,且完全由golang自己的调度器 Go Scheduler 来调度。此外,GC还会周期性地将不再使用的内存回收,收缩栈空间。
Go调度器工作时会维护两种用来保存G的任务队列:一种是一个Global任务队列,一种是每个P维护的Local任务队列。
当通过go关键字创建一个新的goroutine的时候,它会优先被放入P的本地队列。为了运行goroutine,M需要持有(绑定)一个P,接着M会启动一个OS线程,循环从P的本地队列里取出一个goroutine并执行。还有work-stealing调度算法:当M执行完了当前P的Local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Global队列寻找G来执行,如果Global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。
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