面试题：Go中Goroutine设计初衷与线程资源占用对比

Question

请阐述Go语言中Goroutine的设计初衷，并对比Goroutine与传统线程在资源占用方面的差异。

Answer 1

Goroutine的设计初衷

1. 简化并发编程：Go语言旨在让并发编程变得简单且高效。在传统编程中，使用线程进行并发编程往往需要复杂的同步机制，如锁、信号量等，这容易导致死锁和其他并发问题。Goroutine的设计就是为了提供一种更轻便、更易于使用的并发模型。开发者可以轻松地创建大量的Goroutine，而无需过多考虑底层的线程管理和同步细节。
2. 提高程序的性能和响应性：在多核CPU的时代，充分利用多核资源对于提高程序性能至关重要。Goroutine基于Go语言的运行时调度器，可以在多个操作系统线程上高效地多路复用，使得程序能够更好地利用多核CPU的计算能力，从而提高整体性能和响应性。同时，Goroutine的创建和销毁开销非常小，这使得程序可以在需要时快速启动和停止并发任务。
3. 支持大规模并发场景：现代应用程序，尤其是网络服务器等，经常需要处理大量的并发请求。Goroutine的轻量级特性使其非常适合这种大规模并发场景。它可以轻松创建数以万计的并发任务，而不会像传统线程那样因为资源消耗过大而导致系统崩溃。

Goroutine与传统线程在资源占用方面的差异

1. 内存占用：
   • Goroutine：非常轻量级，初始栈空间通常只有2KB左右，并且栈空间可以根据需要动态增长和收缩。这意味着创建大量Goroutine时，内存占用相对较小。例如，创建10万个Goroutine，总体内存占用可能在几百MB左右。
   • 传统线程：每个线程的栈空间通常较大，一般在数MB级别（如Linux默认线程栈大小为8MB）。因此，创建大量传统线程会占用大量内存。同样创建10万个传统线程，内存占用可能达到数百GB，这很容易导致系统内存耗尽。
2. 创建和销毁开销：
   • Goroutine：创建和销毁的开销极小，几乎可以忽略不计。这使得程序可以在瞬间创建大量Goroutine，并且在任务完成后快速销毁，不会对系统性能产生明显影响。
   • 传统线程：创建和销毁线程的开销相对较大，涉及到操作系统内核的资源分配和回收，如线程控制块（TCB）的创建和销毁等操作。频繁地创建和销毁传统线程会对系统性能造成一定的负担。
3. 调度开销：
   • Goroutine：由Go语言的运行时调度器（Goroutine Scheduler）进行管理，采用M:N调度模型（M个Goroutine映射到N个操作系统线程）。这种调度模型在用户态进行，调度开销较小，并且可以更高效地利用CPU资源。同时，Goroutine的调度是协作式的，通过runtime.Gosched()等函数主动让出CPU，避免了抢占式调度可能带来的资源竞争问题。
   • 传统线程：由操作系统内核进行调度，采用1:1调度模型（一个线程对应一个操作系统线程）。内核调度需要进行上下文切换，涉及到用户态到内核态的切换以及硬件寄存器的保存和恢复等操作，调度开销较大。在高并发场景下，频繁的上下文切换会消耗大量的CPU时间，降低系统性能。