面试题：Go 1.14之后Goroutine调度机制优化分析

Question

Go 1.14版本对Goroutine调度机制进行了一些优化，请深入分析这些优化点，比如如何减少锁争用、提高本地队列的利用率等，并且说明这些优化对高并发场景下应用性能的具体影响。

Answer 1

Go 1.14中Goroutine调度机制优化点分析

1. 减少锁争用
   • 优化方式：在Go 1.14之前，全局调度器（G调度器）的某些操作存在锁争用问题。例如，在将Goroutine从全局队列移动到本地队列时，可能会涉及到锁的频繁获取和释放。Go 1.14对调度器进行了重构，使得某些操作可以在无锁或减少锁的情况下进行。例如，在一些数据结构的访问上采用了无锁的数据结构或者优化了锁的粒度。比如，在M:N调度模型中，M（操作系统线程）和N（Goroutine）的映射关系维护数据结构的访问上，通过减少锁的持有时间和范围，降低了锁争用。
   • 影响：减少锁争用意味着在高并发场景下，多个Goroutine可以更高效地并行执行，减少了因为等待锁而产生的阻塞时间，从而提高了整体的并发性能。例如，在一个有大量短生命周期Goroutine的Web服务应用中，减少锁争用可以让这些Goroutine更快地被调度执行，提升服务的响应速度。
2. 提高本地队列的利用率
   • 优化方式：Go 1.14改进了Goroutine的调度策略，使得更多的Goroutine优先被放置到本地队列中。当一个M创建一个新的Goroutine时，它会尽量将其放入本地队列。同时，在调度过程中，M优先从本地队列获取Goroutine来执行。只有当本地队列为空时，才会尝试从全局队列或者其他M的本地队列窃取Goroutine。此外，对本地队列的管理和操作进行了优化，比如队列的存储结构和入队出队操作的效率提升，使得本地队列能够更高效地存储和调度Goroutine。
   • 影响：提高本地队列的利用率减少了跨线程调度的开销。因为从本地队列获取Goroutine不需要跨线程操作，避免了线程间的同步开销。在高并发场景下，这大大提高了Goroutine的调度效率。例如，在一个高并发的计算密集型应用中，每个M都能快速从本地队列获取Goroutine执行计算任务，减少了等待和调度的时间，从而提升了应用的整体性能。

对高并发场景下应用性能的具体影响

1. 提升响应速度：减少锁争用和提高本地队列利用率，使得Goroutine能够更快地被调度执行。在高并发的Web应用中，这意味着用户请求能够更快地得到处理，降低了响应延迟。
2. 增强吞吐量：因为Goroutine可以更高效地并行执行，系统能够在单位时间内处理更多的任务。例如，在一个高并发的消息处理系统中，每秒能够处理更多的消息，提高了系统的整体吞吐量。
3. 降低资源消耗：优化后的调度机制减少了因为锁争用和低效调度带来的额外开销，从而降低了CPU和内存等资源的不必要消耗。在大规模高并发应用中，这种资源的节省尤为重要，可以降低硬件成本并提高系统的稳定性。