面试题：Go语言中Goroutine上下文切换开销体现在哪些方面

Question

请阐述在Go语言里，Goroutine上下文切换时，在资源和性能上主要会产生哪些开销。

Answer 1

资源开销

1. 栈空间：每个Goroutine都有自己的栈空间，初始栈空间通常较小（如2KB），但在需要时会动态增长。上下文切换时，需要保存和恢复栈的状态，这涉及栈指针等信息的处理。
2. 调度数据结构：Go运行时使用调度器（如M:N调度模型中的M和N）来管理Goroutine。上下文切换时，调度器需要维护与Goroutine相关的调度队列、状态信息等数据结构。例如，Goroutine从运行状态切换到等待状态时，需要将其从运行队列移动到等待队列。

性能开销

1. 寄存器状态保存与恢复：当进行上下文切换时，CPU寄存器中的当前Goroutine相关数据（如程序计数器、通用寄存器的值等）需要保存到内存中，以便在下次恢复该Goroutine运行时能还原现场。新的Goroutine运行前，又要从内存中加载其之前保存的寄存器状态，这一保存和加载过程会消耗CPU时间。
2. 缓存命中率降低：由于上下文切换会导致CPU切换执行的Goroutine，之前Goroutine在CPU缓存（如L1、L2、L3缓存）中的数据可能不再被新的Goroutine使用，新的Goroutine的数据可能不在缓存中，从而导致缓存未命中，增加内存访问时间，降低整体性能。
3. 锁竞争开销：Go运行时的调度器在进行上下文切换时可能涉及到锁的操作，例如在将Goroutine从一个队列移动到另一个队列时，可能需要获取调度器相关的锁。如果多个Goroutine同时竞争这些锁，会产生锁争用，导致额外的性能开销。