Go语言中runtime.Gosched的作用与调度器行为解析

理解 runtime.Gosched 的核心作用

在go语言中，goroutine是轻量级的并发执行单元，由go运行时调度器管理。runtime.gosched()函数的作用是通知调度器：当前正在执行的goroutine愿意暂停执行，将cpu时间片让给其他等待运行的goroutine。这是一种显式的协作机制。

考虑以下示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

func say(s string) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        // runtime.Gosched() // 注释掉或启用此行观察不同行为
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
    go say("world")
    say("hello")
}

当runtime.Gosched()被启用时，程序的输出通常是"hello"和"world"交替出现：

hello
world
hello
world
hello
world
hello
world
hello

这是因为say("hello")所在的goroutine（主goroutine）在每次循环打印后，通过runtime.Gosched()主动放弃了执行权。调度器随后将执行权交给say("world")所在的goroutine，使其打印，然后say("world")的goroutine也会在下次循环时让出，如此往复，实现了交替打印。

然而，如果我们将runtime.Gosched()这一行注释掉，程序的输出在某些Go版本和配置下可能会变成：

立即学习“go语言免费学习笔记（深入）”；

hello
hello
hello
hello
hello

在这种情况下，主goroutine在没有显式让出执行权的情况下，可能会连续完成所有打印任务，而say("world")所在的goroutine可能直到主goroutine结束后才有机会运行，或者根本没有机会运行（如果主goroutine是一个无限循环）。

协作式多任务与抢占式多任务

runtime.Gosched()体现了协作式多任务（Cooperative Multitasking）的思想。在协作式多任务中，任务（或线程/goroutine）必须主动让出CPU控制权，调度器才能切换到其他任务。如果一个任务不主动让出，它将一直占用CPU，直到完成或遇到阻塞操作。

这与大多数现代操作系统采用的抢占式多任务（Preemptive Multitasking）不同。在抢占式系统中，操作系统调度器可以在任何时候中断一个正在运行的任务，并切换到另一个任务，而无需任务本身的代码参与。

Go语言的goroutine在设计上被称为“绿色线程”（Green Threads），它们不直接映射到操作系统线程，而是由Go运行时在少量的操作系统线程上进行调度。早期Go运行时调度器在某些配置下更偏向协作式，尤其是在GOMAXPROCS设置为1时。

GOMAXPROCS 的影响与Go调度器的演进

GOMAXPROCS是一个环境变量或可以通过runtime.GOMAXPROCS()函数设置的参数，它控制Go运行时可以使用的操作系统线程的最大数量。这些操作系统线程被称为“处理器”（Processor，简称P），goroutine会在这些P上执行。

启科网络PHP商城系统

启科网络商城系统由启科网络技术开发团队完全自主开发，使用国内最流行高效的PHP程序语言，并用小巧的MySql作为数据库服务器，并且使用Smarty引擎来分离网站程序与前端设计代码，让建立的网站可以自由制作个性化的页面。 系统使用标签作为数据调用格式，网站前台开发人员只要简单学习系统标签功能和使用方法，将标签设置在制作的HTML模板中进行对网站数据、内容、信息等的调用，即可建设出美观、个性的网站。

0

查看详情

早期Go版本 (GOMAXPROCS 默认为1)

在Go 1.5版本之前，GOMAXPROCS的默认值通常是1。这意味着Go运行时只被允许使用一个操作系统线程来执行所有的goroutine。在这种单线程模式下，如果一个goroutine没有显式地让出执行权（例如通过runtime.Gosched()），或者没有遇到Go并发原语（如chan操作）或某些系统调用，它可能会独占这个唯一的操作系统线程，导致其他goroutine无法运行。这就是为什么在上述例子中，移除runtime.Gosched()后，say("world")可能不会打印的原因。

Go 1.5 及后续版本 (GOMAXPROCS 默认为CPU核心数)

从Go 1.5版本开始，GOMAXPROCS的默认值被设置为机器的CPU核心数。这一改变极大地影响了Go调度器的行为：

1. 多线程执行能力： 当GOMAXPROCS大于1时，Go运行时可以创建并使用多个操作系统线程来执行goroutine。这意味着不同的goroutine可以并行地在不同的CPU核心上运行（如果硬件支持），或者通过操作系统层面的抢占式调度在单核上交替运行。
2. 更强的抢占性： 现代Go调度器已经变得更加智能和抢占式。除了在Go并发原语操作时会进行调度切换外，Go运行时也会在goroutine执行系统调用（如I/O操作）时，或者在CPU密集型循环中经过一定时间后，尝试进行抢占式调度。这意味着即使没有runtime.Gosched()，goroutine也更有可能被调度器中断并让出执行权。

因此，在Go 1.5及更高版本中，即使不使用runtime.Gosched()，上述示例中的"hello"和"world"也可能交替打印，并且其输出顺序可能是不确定的，因为多个goroutine可能在不同的操作系统线程上并行执行。

我们可以通过在程序中设置GOMAXPROCS来观察这种行为：

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

func say(s string) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        // runtime.Gosched() // 在GOMAXPROCS > 1 时，此行通常不再是强制性的
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2) // 明确设置使用2个OS线程
    go say("world")
    say("hello")
}

运行这段代码，你会发现即使没有runtime.Gosched()，输出也常常是交错的，例如：

hello
hello
world
hello
world
world
hello
world

这种不确定性是并发编程的典型特征，因为goroutine的执行顺序取决于调度器在多个OS线程上的分配和抢占。

runtime.Gosched 的应用场景

尽管现代Go调度器已经非常强大，runtime.Gosched()在某些特定场景下仍然有其用武之地：

1. CPU密集型循环： 如果你有一个goroutine正在执行一个非常长的、没有I/O操作或Go并发原语的CPU密集型计算循环，它可能会长时间占用CPU。在这种情况下，周期性地插入runtime.Gosched()可以确保其他goroutine有机会运行，避免“饥饿”现象。
2. 显式控制调度： 在某些需要精细控制goroutine执行顺序的测试或调试场景中，runtime.Gosched()可以用来模拟或强制特定的调度行为。
3. 兼容性考虑： 对于一些需要在Go早期版本中也能良好运行的代码，runtime.Gosched()可能仍然是必要的。

总结

runtime.Gosched()是Go语言中一个显式让出CPU执行权的函数，它在Go的协作式多任务模型中扮演着重要角色。在Go语言的早期版本，尤其是在GOMAXPROCS默认为1时，它是实现goroutine之间交替执行的关键。随着Go 1.5及后续版本对GOMAXPROCS默认值的调整（默认为CPU核心数）以及调度器抢占能力的增强，runtime.Gosched()在大多数情况下不再是强制性的，因为调度器能够更智能地在goroutine之间切换。然而，在特定的CPU密集型场景下，它仍然是优化并发行为、防止goroutine饥饿的有效工具。理解runtime.Gosched及其与Go调度器、GOMAXPROCS的交互，对于深入掌握Go并发编程至关重要。

以上就是Go语言中runtime.Gosched的作用与调度器行为解析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！