面试题：Go 语言中 goroutine 的调度原理及常见使用场景

Question

请阐述 Go 语言中 goroutine 的调度器是如何工作的，并且列举至少三个 goroutine 在实际项目中的常见使用场景。

Answer 1

Go 语言中 goroutine 调度器的工作原理

1. M:N 调度模型：Go 语言的调度器采用 M:N 调度模型，即多个 goroutine（N）映射到多个操作系统线程（M）上。这种模型可以有效利用多核 CPU 资源，并且在 goroutine 阻塞时不会阻塞操作系统线程。
2. G-M-P 架构
   • G（Goroutine）：表示一个 goroutine，它包含了 goroutine 的栈、程序计数器以及其他需要的执行状态。
   • M（Machine）：代表一个操作系统线程，它负责执行 goroutine。每个 M 都有一个指向 P 的指针。
   • P（Processor）：处理器，它包含了一个本地的 goroutine 队列，并且负责在 M 上调度 goroutine。P 的数量默认等于 CPU 的核心数，可以通过 runtime.GOMAXPROCS 函数进行调整。
3. 调度流程
   • 初始化：程序启动时，创建一定数量的 M 和 P。每个 P 初始化自己的本地 goroutine 队列。
   • 创建 goroutine：当使用 go 关键字创建一个新的 goroutine 时，它会被放入某个 P 的本地队列或者全局队列中。
   • 调度执行：M 从 P 的本地队列获取 goroutine 来执行。如果本地队列空了，M 会尝试从全局队列或者其他 P 的本地队列偷取 goroutine 来执行。
   • 阻塞处理：当一个 goroutine 发生阻塞（例如进行系统调用、channel 操作等），对应的 M 会阻塞，而 P 会将这个 goroutine 从 M 上摘除，并放入阻塞队列。同时，P 会寻找其他可运行的 goroutine 并分配给另一个空闲的 M 执行。当阻塞的 goroutine 恢复可运行状态时，它会被重新放入某个 P 的本地队列。

goroutine 在实际项目中的常见使用场景

1. 并发网络请求：在处理多个网络请求时，每个请求可以用一个 goroutine 来执行，这样可以并行处理多个请求，提高效率。例如在一个爬虫项目中，同时抓取多个网页的数据。
2. 任务队列处理：可以将任务放入一个 channel 中作为任务队列，然后启动多个 goroutine 从队列中取出任务并执行。比如在一个图像处理系统中，将图片处理任务放入队列，由多个 goroutine 并行处理。
3. 实时数据处理：在实时系统中，如物联网数据采集和处理，使用 goroutine 可以实时接收和处理来自多个传感器的数据。每个传感器的数据接收和处理可以用一个单独的 goroutine 来实现。
4. 分布式系统通信：在分布式系统中，节点之间的通信可以使用 goroutine 来处理。例如，一个节点接收来自其他节点的消息并进行相应处理，每个消息处理可以用一个 goroutine 来完成，以实现高效的并发处理。