面试题：Go语言中Goroutine与线程在简单I/O密集型场景下的性能差异

Question

假设你正在开发一个简单的文件读取程序，需要从多个文件中读取数据。阐述使用Go语言的Goroutine和传统线程分别实现这个功能时，在性能方面会有哪些不同，为什么？

Answer 1

使用Goroutine实现的性能特点

1. 高效的并发处理：
   • Goroutine非常轻量级，创建和销毁的开销极小。在从多个文件读取数据场景中，可以轻松创建大量Goroutine，每个Goroutine负责一个文件的读取。例如，假设有1000个文件需要读取，若使用传统线程创建1000个线程，系统可能因资源不足而崩溃，但Goroutine能轻松应对。这使得可以快速并发处理多个文件读取任务，提高整体读取效率。
   • 基于Go语言的调度器，Goroutine采用协作式调度（M:N调度模型），多个Goroutine可以复用少量操作系统线程（M），当某个Goroutine阻塞（如文件I/O操作）时，调度器会自动切换到其他可运行的Goroutine，充分利用CPU资源，不会像传统线程那样因阻塞导致线程挂起浪费CPU时间。
2. 内存开销小： Goroutine本身只需要大约2KB的栈空间，相比传统线程栈空间（一般数MB），大大减少了内存占用。在处理大量文件读取任务时，内存压力小，系统可以支持更多的并发任务。

使用传统线程实现的性能特点

1. 创建和销毁开销大： 传统线程创建和销毁需要操作系统内核参与，涉及系统调用，开销较大。在从多个文件读取数据时，如果为每个文件创建一个线程，创建和销毁这些线程的时间开销会比较明显，影响整体性能。
2. 线程切换开销大： 传统线程采用抢占式调度（1:1调度模型），线程切换需要操作系统内核进行上下文切换，涉及保存和恢复寄存器状态、内存映射等操作，开销较大。在多个文件读取任务频繁切换时，这种开销会降低系统的执行效率。
3. 资源占用高： 每个传统线程需要较大的栈空间，在处理大量文件读取任务时，创建大量线程会消耗大量内存资源，可能导致系统资源紧张，甚至内存溢出。同时，由于线程切换开销大，过多的线程也会降低CPU的有效利用率。