面试题：Go语言中Goroutine负载均衡的基本原理

Question

请简述Go语言中Goroutine负载均衡的基本原理，并且说明在简单场景下如何通过调度器来实现Goroutine的合理分配。

Answer 1

Goroutine负载均衡基本原理

1. M:N 调度模型：Go语言采用M:N调度模型，即多个Goroutine映射到多个操作系统线程（M）上。其中，Goroutine是用户态轻量级线程，操作系统线程是内核态线程。Go运行时系统负责将Goroutine合理地调度到操作系统线程上执行。
2. 全局队列与本地队列：
   • 全局队列：存放等待执行的Goroutine。当本地队列已满或者本地队列为空时，会从全局队列中获取Goroutine。
   • 本地队列：每个M（操作系统线程）都有一个与之关联的本地队列，M优先从本地队列中获取Goroutine执行，这样可以减少线程间竞争，提高执行效率。
3. 工作窃取机制：当某个M的本地队列为空时，它会尝试从其他M的本地队列中窃取Goroutine来执行。这种机制使得计算资源能够更充分地被利用，避免了有的M忙而有的M空闲的情况，实现了负载均衡。

简单场景下通过调度器实现Goroutine合理分配

1. 初始化阶段：在程序启动时，Go运行时系统会初始化调度器，创建一定数量的M（默认与CPU核心数相同）和一个全局Goroutine队列。
2. 创建Goroutine：当使用go关键字创建一个新的Goroutine时，它会被放入到当前M的本地队列中。如果本地队列已满，则会被放入全局队列。
3. 调度执行：M从本地队列中取出Goroutine并执行。当M执行完本地队列中的Goroutine后，会尝试从全局队列中获取Goroutine。若全局队列也为空，M会尝试从其他M的本地队列中窃取Goroutine。
4. 示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func(j int) {
            fmt.Printf("Goroutine %d is running\n", j)
        }(i)
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

在这个简单示例中，创建了10个Goroutine。调度器会将这些Goroutine分配到各个M上执行，由于默认的M数量与CPU核心数相同，调度器会通过上述的本地队列、全局队列和工作窃取机制，尽量将这些Goroutine合理地分配到各个M上，以充分利用CPU资源。