Golang并发编程之Goroutines的线程模型详解

1. Goroutines简介

在Go语言中,一个运行在系统线程上的轻量级的执行单位被称为Goroutines(协程)。Goroutines是Go语言最重要的特性之一,它提高了应用的并发性、降低了创建新线程的成本,并且让编写异步并发代码变得非常容易。

Goroutines可以理解为在单个线程中执行的轻量级“线程”,一个Go程序可以同时运行多个Goroutines,而每个Goroutine都可以并发执行某个函数。

2. Goroutines的创建与执行模型

2.1 Goroutines的创建

在Go语言中,使用关键字go可以创建一个Goroutine,该Goroutine执行一个相应的函数。以一个简单的例子来看:

func sayHello() {

fmt.Println("Hello, world!")

}

func main() {

go sayHello() // 创建一个Goroutine执行函数sayHello

// do other things...

}

在上面的例子中,我们使用go关键字创建了一个Goroutine,该Goroutine执行函数sayHello()。这样,当main()函数执行完毕后,程序并不会立即退出,而是等待Goroutine执行完毕再退出。

2.2 Goroutines的执行与调度

Goroutines的执行模型有一个核心概念:Goroutines之间是并行执行的,但每个Goroutine都可以被Go语言中的调度器(scheduler)中断,随后保存当前的状态以便下次恢复执行。

Go语言的调度器使用类似于协作式调度的方式,即随时可中断、随时可恢复。这种调度方式相比于传统的抢占式调度有很大的优势,因为不仅可以在Goroutine之间切换,而且还可以在阻塞Goroutine时释放线程,进而提高系统的并发性。

下面的代码演示了两个Goroutines的并发执行:

func printChar(c rune) {

for i := 0; i < 3; i++ {

fmt.Printf("%c ", c)

time.Sleep(100 * time.Millisecond)

}

}

func main() {

go printChar('A')

go printChar('B')

// do other things...

}

在上面的代码中,我们创建了两个Goroutine,分别输出字母A和B。当main()函数运行完毕后,程序并不会立即退出,因为还有两个Goroutine在后台运行。我们可以看到,虽然两个Goroutine是并发执行的,但它们输出的字符却交替出现。

3. Goroutines的线程模型

在上面的例子中,我们创建了两个Goroutines,但它们实际上并没有直接对应到操作系统中的线程。因此,我们可以把Goroutine看作是Go语言内部实现的一种线程模型。

那么,Goroutines是如何实现的呢?有些人可能会认为它们是基于操作系统线程实现的,但实际上并不是这样。在Go语言中,一个操作系统线程可以执行多个Goroutines,这些Goroutines被称为该线程的工作队列。当一个Goroutine发生阻塞时,调度器会自动把它挂起,切换到另一个Goroutine继续执行;当一个Goroutine被推入工作队列时,调度器会自动把它从队列中取出并执行。

下面是一个示意图,展示了Go语言中的线程模型:

可以看到,Go程序由多个Goroutines组成,这些Goroutines被分配到多个操作系统线程上。每个线程都有自己的工作队列,调度器根据需要把Goroutines从一个线程的队列中取出并加入到另一个线程的队列中。这种可移植、轻量级、高效的并发模型使得Go语言在处理高并发、分布式应用时非常高效。

总结

本文对Goroutines的线程模型进行了简要介绍,主要包括Goroutines的创建与执行模型、调度器的工作原理以及Go语言中的线程模型等方面。可以看到,在Go语言中,Goroutines是一种轻量级的执行单位,通过可移植、轻量级、高效的线程模型实现了高效的并发处理。因此,在编写并发代码时,我们可以通过Goroutines来简化我们的代码,提高系统的并发性。

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