面试题：Go语言中Goroutine调度器的工作队列有哪些，它们如何协作

Question

Go语言的Goroutine调度器中有本地队列和全局队列，请详细阐述这两种队列在调度过程中的作用、数据结构特点以及它们是如何相互协作来确保Goroutine的高效调度的？

Answer 1

本地队列

1. 作用：
   • 每个M（操作系统线程）都有一个本地Goroutine队列。其主要作用是为了减少对全局资源的竞争，提高调度效率。M优先从本地队列获取Goroutine来执行，这样可以避免频繁地访问全局队列，减少锁竞争，从而提高并发性能。
2. 数据结构特点：
   • 本地队列通常是一个双端队列（deque）。这种数据结构允许在队列的两端进行插入和删除操作。它使得M可以方便地从队列头部取出Goroutine执行，并且在需要时，如当本地队列满了，也能从尾部添加新的Goroutine。
3. 协作方式：
   • M在执行时，首先检查本地队列是否有Goroutine。如果本地队列有Goroutine，就直接从本地队列头部取出并执行。当本地队列空了，M会尝试从全局队列或者其他M的本地队列窃取Goroutine来执行。

全局队列

1. 作用：
   • 全局队列是所有M共享的队列，用于存储新创建的Goroutine或者从其他地方（如网络轮询器）产生的Goroutine。它为所有M提供了一个统一的Goroutine来源，确保即使某个M的本地队列空了，也能从全局队列获取Goroutine继续执行。
2. 数据结构特点：
   • 全局队列通常也是一种队列结构。它需要支持多线程安全的操作，因为多个M可能同时访问它。为了减少锁竞争，Go的全局队列可能采用一些优化策略，比如将队列分段，不同的M可以访问不同的段，减少锁的粒度。
3. 协作方式：
   • 当一个Goroutine创建时，如果本地队列已满，它会被放入全局队列。当M的本地队列空了，它会尝试从全局队列获取Goroutine。为了减少锁竞争，M从全局队列获取Goroutine时，每次会批量获取多个Goroutine，然后放入本地队列，再从本地队列依次执行。同时，当一个M的本地队列Goroutine数量超过一定阈值时，会将部分Goroutine转移到全局队列，以平衡各个M之间的负载。

两者协作确保高效调度

1. 负载均衡：
   • 通过本地队列和全局队列的协作，实现了Goroutine在多个M之间的负载均衡。当某个M的本地队列任务多，而其他M空闲时，空闲的M可以从任务多的M的本地队列窃取Goroutine（工作窃取算法），也可以从全局队列获取Goroutine，确保所有M都能充分利用，提高整体系统的并发处理能力。
2. 减少竞争：
   • 本地队列减少了对全局队列的频繁访问，降低了锁竞争。大部分情况下，M在本地队列获取Goroutine执行，只有在本地队列空了才去访问全局队列，并且全局队列采用优化策略减少锁粒度，从而提高了调度器在高并发场景下的性能，确保Goroutine能够高效调度。