面试题：Go语言Goroutine调度器的GMP模型细节

Question

详细阐述Go语言Goroutine调度器GMP模型中G、M、P各自的含义、作用以及它们之间是如何协同工作来实现高效并发调度的？请举例说明在不同场景下，这种协同工作的变化。

Answer 1

G（Goroutine）

1. 含义：代表一个协程，是Go语言中实现并发的基本单位。每个Goroutine都是一个独立的执行单元，有自己的栈空间、程序计数器等。
2. 作用：允许程序在一个线程内实现多个并发任务。一个Goroutine可以认为是一个轻量级的线程，它的创建和销毁开销极小，使得Go语言可以轻松创建成千上万的并发任务。

M（Machine）

1. 含义：代表操作系统线程，是Go语言运行时与操作系统线程的映射。每个M都对应一个真实的操作系统线程。
2. 作用：负责执行Goroutine。M从P的本地队列或者全局队列中获取Goroutine，并执行其代码。M还负责处理系统调用等与操作系统交互的操作。

P（Processor）

1. 含义：代表处理器上下文，它包含了运行Goroutine所需要的资源，如Goroutine队列等。P的数量决定了同一时刻可以并发执行的Goroutine数量（逻辑上的并发）。
2. 作用：它管理着一个本地的Goroutine队列，M需要绑定到P才能执行Goroutine。P还负责调度Goroutine，从本地队列或者全局队列中选择Goroutine交给M执行。

协同工作机制

1. 创建与调度：当创建一个新的Goroutine时，它会被放入某个P的本地队列。如果本地队列满了，会被放入全局队列。
2. M与P的绑定：M会尝试绑定到一个P，获取P本地队列中的Goroutine来执行。如果本地队列为空，M会从全局队列或者其他P的队列中偷取Goroutine来执行。
3. 系统调用处理：当M执行的Goroutine发生系统调用时，M会阻塞，此时P会与M解绑，寻找其他空闲的M来执行队列中的Goroutine。当系统调用完成，原来的Goroutine会被重新放入队列等待执行。

不同场景下的协同工作变化举例

1. 高CPU密集型场景：假设存在大量计算任务的Goroutine。此时，P的数量有限，M会持续执行这些Goroutine，由于计算任务多，很少发生系统调用，M与P绑定紧密，高效利用CPU资源。例如一个复杂的数学计算程序，多个Goroutine并行计算不同部分。
2. 高I/O密集型场景：若有许多网络请求等I/O操作的Goroutine。当某个Goroutine进行I/O操作时，对应的M会阻塞，P会迅速与M解绑，将其他Goroutine分配给其他空闲的M执行，充分利用系统资源。比如一个爬虫程序，多个Goroutine同时发起网络请求获取网页内容。