面试题：Go调度器中Goroutine与操作系统线程的关系及对性能优化的影响

Question

请阐述Go调度器中Goroutine和操作系统线程（M）之间的关系，以及这种关系在Go调度器性能优化方面起到了怎样的作用。

Answer 1

Goroutine和操作系统线程（M）之间的关系

1. 多对多映射：Go调度器采用M:N的线程模型，即多个Goroutine（G）可以映射到多个操作系统线程（M）上。
2. Goroutine：是Go语言中轻量级的用户态线程，由Go运行时（runtime）管理。它非常轻量，创建、销毁和切换的开销都极小。一个程序中可以轻松创建数以万计的Goroutine。
3. 操作系统线程（M）：是操作系统内核级别的线程，负责真正在CPU上执行指令。每个M对应一个内核线程，M的数量一般会根据系统的CPU核心数动态调整。
4. 调度器（P）：在Goroutine和操作系统线程之间引入了调度器（P）的概念。P代表了一个执行上下文，它包含了一个本地的Goroutine队列。M需要获取到一个P才能执行Goroutine。一个P可以绑定到一个M上，也可以在多个M之间切换。

在Go调度器性能优化方面的作用

1. 高效的并发执行：通过M:N模型，大量的Goroutine可以复用少量的操作系统线程，避免了创建大量内核线程带来的资源开销。这样可以在有限的系统资源下，支持更高的并发度。
2. 减少线程切换开销：Goroutine的切换是在用户态进行的，相比内核态线程切换，开销要小得多。当一个Goroutine阻塞时，Go调度器可以将其他可运行的Goroutine调度到同一个M上执行，而不需要进行操作系统级别的线程切换，提高了CPU的利用率。
3. 本地队列优化：P的本地Goroutine队列减少了锁的竞争。M优先从P的本地队列获取Goroutine执行，只有当本地队列为空时，才会尝试从其他P的队列中窃取Goroutine（工作窃取算法），这种方式进一步提高了调度效率。
4. 动态调整：Go调度器可以根据系统负载动态调整M的数量。当系统负载较低时，减少M的数量以节省资源；当负载增加时，增加M的数量以充分利用CPU资源，从而提高整个系统的性能。