首先得了解操作系統(tǒng)是怎么玩線程的。一個(gè)線程就是一個(gè)棧加一堆資源。操作系統(tǒng)一會(huì)讓cpu跑線程A,一會(huì)讓cpu跑線程B,靠A和B的棧來保存A和B的執(zhí)行狀態(tài)。每個(gè)線程都有他自己的棧。
但是線程又老貴了,花不起那個(gè)錢,所以go發(fā)明了goroutine。大致就是說給每個(gè)goroutine弄一個(gè)分配在heap里面的棧來模擬線程棧。比方說有3個(gè)goroutine,A,B,C,就在heap上弄三個(gè)棧出來。然后Go讓一個(gè)單線程的scheduler開始跑他們仨。相當(dāng)于 { A(); B(); C() },連續(xù)的,串行的跑。
和操作系統(tǒng)不太一樣的是,操作系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地把你線程停掉,切換到另一個(gè)線程。這個(gè)單線程的scheduler沒那個(gè)能力啊,他就是user space的一段樸素的代碼,他跑著A的時(shí)候控制權(quán)是在A的代碼里面的。A自己不退出誰也沒辦法。
所以A跑一小段后需要主動(dòng)說,老大(scheduler),我不想跑了,幫我把我的所有的狀態(tài)保存在我自己的棧上面,讓我歇一會(huì)吧。這時(shí)候你可以看做A返回了。A返回了B就可以跑了,然后B跑一小段說,跑夠了,保存狀態(tài),返回,然后C再跑。C跑一段也返回了。
這樣跑完{A(); B(); C()}之后,我們發(fā)現(xiàn),好像他們都只跑了一小段啊。所以外面要包一個(gè)循環(huán),大致是:
goroutine_list = [A, B, C] while(goroutine): for goroutine in goroutine_list: r = goroutine() if r.finished(): goroutine_list.remove(r)
比如跑完一圈A,B,C之后誰也沒執(zhí)行完,那么就在回到A執(zhí)行一次。由于我們把A的棧保存在了HEAP里,這時(shí)候可以把A的棧復(fù)制粘貼會(huì)系統(tǒng)棧里(我很確定真實(shí)情況不是這么玩的,會(huì)意就行),然后再調(diào)用A,這時(shí)候由于A是跑到一半自己說跳出來的,所以會(huì)從剛剛跳出來的地方繼續(xù)執(zhí)行。比如A的內(nèi)部大致上是這樣
def A: 上次跑到的地方 = 找到上次跑哪兒了 讀取所有臨時(shí)變量 goto 上次跑到的地方 a = 1 print("do something") go.scheduler.保存程序指針 // 設(shè)置"這次跑哪兒了" go.scheduler.保存臨時(shí)變量們 go.scheduler.跑夠了_換人 //相當(dāng)于return print("do something again") print(a)
第一次跑A,由于這是第一次,會(huì)打印do something,然后保存臨時(shí)變量a,并保存跑到的地方,然后返回。再跑一次A,他會(huì)找到上次返回的地方的下一句,然后恢復(fù)臨時(shí)變量a,然后接著跑,會(huì)打印“do something again"和1
所以你看出來了,這個(gè)關(guān)鍵就在于每個(gè)goroutine跑一跑就要讓一讓。一般支持這種玩意(叫做coroutine)的語言都是讓每個(gè)coroutine自己說,我跑夠了,換人。goroutine比較文藝的地方就在于,他可以來幫你判斷啥時(shí)候“跑夠了”。
其中有一大半就是靠的你說的“異步并發(fā)”。go把每一個(gè)能異步并發(fā)的操作,像你說的文件訪問啦,網(wǎng)絡(luò)訪問啦之類的都包包好,包成一個(gè)看似樸素的而且是同步的“方法”,比如string readFile(我瞎舉得例子)。但是神奇的地方在于,這個(gè)方法里其實(shí)會(huì)調(diào)用“異步并發(fā)”的操作,比如某操作系統(tǒng)提供的asyncReadFile。你也知道,這種異步方法都是很快返回的。
所以你自己在某個(gè)goroutine里寫了
string s = go.file.readFile("/root")
其實(shí)go偷偷在里面執(zhí)行了某操作系統(tǒng)的API asyncReadFIle。跑起來之后呢,這個(gè)方法就會(huì)說,我當(dāng)前所在的goroutine跑夠啦,把剛剛跑的那個(gè)異步操作的結(jié)果保存下下,換人:
// 實(shí)際上 handler h = someOS.asyncReadFile("/root") //很快返回一個(gè)handler while (!h.finishedAsyncReadFile()): //很快返回Y/N go.scheduler.保存現(xiàn)狀() go.scheduler.跑夠了_換人() // 相當(dāng)于return,不過下次會(huì)從這里的下一句開始執(zhí)行 string s = h.getResultFromAsyncRead()
然后scheduler就換下一個(gè)goroutine跑了。等下次再跑回剛才那個(gè)goroutine的時(shí)候,他就看看,說那個(gè)asyncReadFile到底執(zhí)行完沒有啊,如果沒有,就再換個(gè)人吧。如果執(zhí)行完了,那就把結(jié)果拿出來,該干嘛干嘛。所以你看似寫了個(gè)同步的操作,已經(jīng)被go替換成異步操作了。
還有另外一種情況是,某個(gè)goroutine執(zhí)行了某個(gè)不能異步調(diào)用的會(huì)blocking的系統(tǒng)調(diào)用,這個(gè)時(shí)候goroutine就沒法玩那種異步調(diào)用的把戲了。他會(huì)把你挪到一個(gè)真正的線程里讓你在那個(gè)縣城里等著,他接茬去跑別的goroutine。比如A這么定義
def A: print("do something") go.os.InvokeSomeReallyHeavyAndBlockingSystemCall() print("do something 2")
go會(huì)幫你轉(zhuǎn)成
def 真實(shí)的A: print("do something") Thread t = new Thread( () => { SomeReallyHeavyAndBlockingSystemCall(); }) t.start() while !t.finished(): go.scheduler.保存現(xiàn)狀 go.scheduler.跑夠了_換人 print("finished")
所以真實(shí)的A還是不會(huì)blocking,還是可以跟別的小伙伴(goroutine)愉快地玩耍(輪流往復(fù)的被執(zhí)行),但他其實(shí)已經(jīng)占了一個(gè)真是的系統(tǒng)線程了。
當(dāng)然會(huì)有一種情況就是A完全沒有調(diào)用任何可能的“異步并發(fā)”的操作,也沒有調(diào)用任何的同步的系統(tǒng)調(diào)用,而是一個(gè)勁的用CPU做運(yùn)算(比如用個(gè)死循環(huán)調(diào)用a++)。在早期的go里,這個(gè)A就把整個(gè)程序block住了。后面新版本的go好像會(huì)有一些處理辦法,比如如果你A里面call了任意一個(gè)別的函數(shù)的話,就有一定幾率被踢下去換人。好像也可以自己主動(dòng)說我要換人的,可以去查查新的go的spec
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