面试题：Go语言自定义Goroutine调度器实现思路问题

Question

假设要为Go语言实现一个简单的自定义调度器，以满足特定业务场景下对Goroutine调度的特殊需求。请描述实现自定义调度器的主要步骤，包括但不限于与Go语言原生调度器的交互、任务队列的设计以及调度算法的选择等方面。

Answer 1

1. 理解Go语言原生调度器：
   • Go语言原生调度器采用M:N调度模型，即多个Goroutine映射到多个操作系统线程。熟悉其工作原理，如G-M-P模型（Goroutine - Machine - Processor），G代表Goroutine，M代表操作系统线程，P代表处理器上下文，P持有可运行G的队列，M从P获取G来执行。这有助于明确自定义调度器与原生调度器交互的边界和方式。
2. 设计任务队列：
   • 类型选择：可以使用Go语言的标准库container/list实现双向链表作为任务队列，也可以使用channel。如果需要更复杂的优先级管理，可以考虑使用堆（如container/heap包）。
   • 任务结构：定义一个结构体来表示任务，结构体中至少应包含要执行的函数（可以是func()类型）以及可能需要的参数。例如：

type Task struct {
    fn func()
    // 其他参数可按需添加
}

3. 选择调度算法：
   • 先来先服务（FCFS）：最简单的调度算法，按照任务进入队列的顺序依次调度。实现方式为从任务队列头部取出任务执行。
   • 最短任务优先（SJF）：如果能预估任务执行时间，可按照任务预计执行时间从小到大排序调度。使用堆结构实现任务队列，每次取出堆顶（预计执行时间最短）的任务执行。
   • 优先级调度：为每个任务分配一个优先级，调度时优先执行优先级高的任务。同样可以使用堆结构，根据优先级进行排序。
4. 实现调度器核心逻辑：
   • 初始化：初始化任务队列以及调度器可能需要的其他资源，如用于与原生调度器交互的通道等。
   • 调度循环：在一个独立的Goroutine中运行调度循环，不断从任务队列中取出任务并执行。例如：

func scheduler(taskQueue *list.List) {
    for {
        if taskQueue.Len() == 0 {
            // 任务队列为空时可适当处理，如等待新任务
            continue
        }
        e := taskQueue.Front()
        task := e.Value.(Task)
        taskQueue.Remove(e)
        go task.fn()
    }
}

5. 与Go语言原生调度器交互：
   • 创建Goroutine执行调度器：在程序启动时，创建一个新的Goroutine来运行自定义调度器，例如：

func main() {
    taskQueue := list.New()
    go scheduler(taskQueue)
    // 其他初始化逻辑
}

• 将任务提交到自定义调度器：在需要调度任务的地方，将任务添加到自定义调度器的任务队列中，而不是直接使用Go语言原生的go关键字启动Goroutine。例如：

func addTask(taskQueue *list.List, fn func()) {
    task := Task{fn: fn}
    taskQueue.PushBack(task)
}

• 资源管理与协调：注意避免自定义调度器与原生调度器之间的资源竞争，例如共享内存等情况。可能需要使用同步原语（如mutex）来保护共享资源。同时，要确保自定义调度器不会过度占用系统资源，以免影响原生调度器管理的其他Goroutine的正常运行。