GoLang之並發並行與goroutine的思考

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2015-04-14 wcdj

在GoLang之Concurrency再討論一文討論過並發的幾個問題，分別如下：

1，goroutine是否並發的問題
2，goroutine非並發安全性問題
3，並發情況下的原子操作問題

本文在上述討論的基礎上，進一步對goroutine的調度機制，以及並發的實現原理進行討論。

0 goroutine 輕量的調度單位

程式員使用goroutine可以快速地開發一個並發（可能非並行）執行的程式。goroutine是協程（coroutine，輕量級進程，Light Weight Process）的一種實現，Linux POSIX C也提供了coroutine系統調用。協程（輕量級進程），就是在使用者空間實現調度，比線程更輕量的執行單元。協程的調度不是搶佔式的，這就意味著同一線程內的協程只有主動放棄CPU，調度器才會將另外一個等待的協程調度進來然後執行。goroutine在Go語言的運行時環境（runtime）中實現，在使用者空間內被調度於一個或多個線程之間（而非限定在一個線程中）。當一個goroutine調用了某個可能阻塞的標準庫函數之後，這個goroutine則會被運行時環境暫停，另一個準備好的goroutine則被調度進來然後開始執行。

原則上，Go語言運行時環境中的調度器與作業系統的調度器並沒有太大區別，都是在某個事件發生時，將最小調度單位暫停或啟動，但goroutine的調度在使用者空間內執行，因此調度速度更快，並且可以支援大量並發的goroutine同時運行。

Go語言是一個完全編譯型的語言（靜態語言），它的代碼被直接編譯成本地機器碼執行，因此不存在中間的解譯器或者虛擬機器。要實現goroutine運行時的功能，Go語言是利用運行時環境來完成的。Go的程式在連結時，都會被加入一套運行時環境。這套環境類似於一個靜態庫，包含來Go語言中規定的一些運行時特性，例如，記憶體回收，goroutine調度等。在Go語言標準庫中，在每個可能產生阻塞的函數中，都會最終通知運行時環境中的調度器，讓調度器將當前的goroutine暫停，這樣的設計可以極大地簡化並發（可能非並行）程式的開發。

1 goroutine與丟失的select/poll/epoll等非阻塞調用

在Go語言中，是否提供了類似C語言中select/poll/epoll函數？如何讓一個網路連接使用非阻塞I/O？怎麼對網路連接進行非同步讀寫？

這幾個問題回答是：Go的網路程式不使用非同步作業，一切操作都是同步的，每個goroutine處理一個串連。

在Go代碼層面，開發人員看到的是使用goroutine來進行阻塞式讀寫，而在Go的內部實現中，則是利用非同步作業，通過對goroutine的調度來完成對事件的處理。作為最小的調度單位，goroutine之間是並發（可能非並行）執行的。