面试题：Go调度器中Goroutine的生命周期及调度流程

Question

详细描述一个Goroutine从创建到执行完成，在Go调度器中的整个生命周期过程，包括其在不同状态（如创建、就绪、运行、阻塞等）之间如何转换，以及调度器如何处理这些状态变化。

Answer 1

1. 创建：
   • 当使用 go 关键字创建一个 Goroutine 时，它首先处于 创建 状态。此时，会为该 Goroutine 分配栈空间，初始化其运行时数据结构，如 g 结构体（包含栈指针、程序计数器等信息）。这个 g 结构体是 Goroutine 在运行时的表示。
2. 就绪：
   • 创建完成后，Goroutine 进入 就绪 状态。调度器会将处于就绪状态的 Goroutine 放入本地队列（每个 M 对应一个本地队列，M 是操作系统线程）或者全局队列（当本地队列满时）。本地队列优先被调度器处理，这有助于减少锁的竞争。
3. 运行：
   • 当一个 M（操作系统线程）从本地队列或者全局队列中获取到一个 Goroutine 时，该 Goroutine 进入 运行 状态。M 会将这个 Goroutine 绑定到自身，并开始执行其函数体中的代码。在运行过程中，Goroutine 会使用 M 的栈空间。
   • 调度器采用协作式调度（co - operative scheduling），当 Goroutine 执行到如系统调用、I/O 操作、runtime.Gosched() 等情况时，它会主动让出执行权。
4. 阻塞：
   • 如果 Goroutine 执行系统调用、I/O 操作、等待通道（channel）数据、获取锁等操作时，它会进入 阻塞 状态。例如，当 Goroutine 执行网络 I/O 操作时，它会被阻塞，直到 I/O 操作完成。
   • 处于阻塞状态的 Goroutine 会从 M 上分离，M 可以继续执行其他 Goroutine。阻塞的 Goroutine 会被放入相应的等待队列（如通道等待队列、锁等待队列等）。
5. 重新就绪：
   • 当阻塞的条件解除时，例如 I/O 操作完成、通道有数据可读/可写、获取到锁等，Goroutine 会从等待队列中移除并重新进入 就绪 状态。然后，它会被重新放入调度器的本地队列或全局队列，等待再次被调度执行。
6. 执行完成：
   • 当 Goroutine 执行完其函数体中的所有代码并返回时，它进入 执行完成 状态。此时，调度器会回收该 Goroutine 占用的资源，包括栈空间等。这些资源可以被后续新创建的 Goroutine 复用。

调度器通过维护本地队列、全局队列以及各种等待队列，来管理 Goroutine 在不同状态之间的转换。在多核环境下，调度器会尽量在多个 M 上合理分配 Goroutine 的执行，以充分利用多核资源，提高程序的并发性能。