面试题：Go语言中Goroutine的调度模型是怎样的

Question

请阐述Go语言里Goroutine所依赖的M:N调度模型，即M个操作系统线程如何对应N个Goroutine，并说明这种调度模型相较于传统线程模型的优势。

Answer 1

M:N调度模型阐述

在Go语言的M:N调度模型中，M个操作系统线程（Machine，简称M）对应N个Goroutine（Goroutine，简称G）。Go运行时系统（runtime）有一个调度器（scheduler）负责在M个操作系统线程上调度N个Goroutine。

1. Goroutine：它是一种轻量级的用户态线程，创建、销毁和切换的开销都非常小。多个Goroutine可以被复用到少量的操作系统线程上。

2. 操作系统线程：即内核态线程，创建和销毁开销较大，且上下文切换成本高。

3. 调度器工作原理：调度器维护多个队列，如全局Goroutine队列和每个操作系统线程本地的Goroutine队列。当一个Goroutine被创建时，它会被放入全局队列或者某个操作系统线程的本地队列。当一个操作系统线程空闲时，它会尝试从本地队列获取Goroutine来执行，如果本地队列为空，则会尝试从全局队列或者其他操作系统线程的本地队列窃取Goroutine（工作窃取算法）。当一个Goroutine发生阻塞（如进行系统调用、I/O操作等）时，调度器会将该Goroutine从当前操作系统线程中移除，并调度其他Goroutine到该线程上执行，同时创建一个新的操作系统线程来处理阻塞操作，以避免阻塞整个M:N调度系统。

相较于传统线程模型的优势

1. 更高的并发性能：传统线程模型通常是1:1的映射关系，即一个用户线程对应一个操作系统线程。随着并发量的增加，操作系统需要创建和管理大量的线程，这会消耗大量的系统资源（如内存、CPU时间片等），导致性能下降。而M:N调度模型通过复用少量的操作系统线程来运行大量的Goroutine，减少了操作系统线程的创建和切换开销，从而能够支持更高的并发量。
2. 资源利用率高：由于Goroutine非常轻量级，创建和销毁的开销极小，使得Go程序可以轻松创建数以万计甚至更多的并发任务。并且在Goroutine发生阻塞时，调度器能够灵活地调度其他Goroutine，不会阻塞整个线程，提高了CPU的利用率。
3. 编程模型简单：在传统线程模型下，开发人员需要手动管理线程的创建、销毁、同步等操作，容易出现死锁、竞态条件等问题。而在Go语言中，使用Goroutine进行并发编程非常简单，开发人员只需要关注业务逻辑，调度器会自动处理Goroutine的调度和管理，大大降低了并发编程的难度。