面试题：Go语言中Goroutine与传统线程的区别

Question

请阐述Go语言引入Goroutine的必要性，并详细说明Goroutine与传统线程在创建开销、调度方式、资源占用等方面有哪些主要区别。

Answer 1

Goroutine引入的必要性

1. 高并发编程：在现代网络编程、云计算等场景下，需要处理大量并发请求。Go语言原生支持Goroutine，使得编写高并发程序变得简单高效，无需像其他语言那样依赖复杂的线程库和同步机制。
2. 轻量级并发：Goroutine非常轻量级，创建和销毁开销极小，可以轻松创建数以万计的并发任务，满足高并发场景下对大量并发单元的需求。
3. 简化编程模型：通过Goroutine和通道（channel），Go语言提供了一种基于消息传递的并发编程模型（CSP - Communicating Sequential Processes），相比于传统的共享内存并发模型，更易于理解和编写正确的并发程序，减少了死锁、竞态条件等问题。

Goroutine与传统线程的区别

1. 创建开销
   • Goroutine：创建开销极小，通常只需要分配很少的栈内存（初始栈大小一般为2KB左右），创建速度极快，可以轻松创建大量Goroutine。
   • 传统线程：创建开销较大，每个线程需要分配较大的栈内存（一般为MB级别），创建速度相对较慢，在创建大量线程时，内存开销和创建时间会成为瓶颈。
2. 调度方式
   • Goroutine：由Go运行时（runtime）的调度器管理，采用M:N调度模型（多个Goroutine映射到多个操作系统线程上）。调度器在用户态进行调度，不需要操作系统内核的参与，调度非常高效，上下文切换开销小。同时，Goroutine支持协作式调度（cooperative scheduling），即Goroutine可以主动让出执行权，以便其他Goroutine有机会执行。
   • 传统线程：由操作系统内核调度，采用1:1调度模型（一个线程映射到一个操作系统线程上）。调度在内核态进行，上下文切换需要陷入内核，开销较大。线程的调度是抢占式的，操作系统根据线程的优先级等因素强制中断当前线程的执行，调度另一个线程。
3. 资源占用
   • Goroutine：由于轻量级特性，资源占用少。多个Goroutine可以共享同一个操作系统线程的资源，如内存空间等。并且Goroutine的栈空间是可伸缩的，在需要时会动态增长，不需要时会收缩，进一步减少了内存占用。
   • 传统线程：资源占用较多，每个线程都有独立的栈空间、寄存器等资源。大量线程会消耗大量内存，并且线程间共享数据需要通过复杂的同步机制，增加了资源管理的复杂性。