Go调度系列--goroutine和调度器生命周期(三）

前言

调度器schedule和goroutine的生命周期其实在整个go程序中有着极其重要的地位，几乎贯穿go程序的一生，在Go调度系列(二)中，我们把Go调度器的运转原理理了一遍，知道调度器是如何进行调度。那么 goroutine 是怎么诞生然后被调度的呢？

在Go中创建一个 goroutine特别容易，go 函数名( 参数列表 )就可以了。

func main() {
 go func() {
  fmt.Println("小许code，开启一个协程")
 }()
}

go 关键字创建 goroutine 时，被调用函数的返回值会被忽略，如果需要在 goroutine 中返回数据，可以通过channel把数据从 goroutine 中作为返回值传出。

go func()经历了哪些流程

go func() 经历了哪些流程，其实我们可以理解为goroutine的生命周期，表示goroutine从创建 --> 入队列 --> 被调度 这些流程。当我们使用关键字go的时候实际是调用的 runtime/newproc()函数，创建 goroutine 的同时，也会初始化栈空间，上下文 等信息。

func newproc(fn *funcval) {
 gp := getg() //返回指向当前g的指针
 pc := getcallerpc()  //返回其调用者的程序计数器（PC）,堆栈指针（SP）
 systemstack(func() {
  newg := newproc1(fn, gp, pc)  //创建一个_Grunnable状态的新g

  _p_ := getg().m.p.ptr()
  runqput(_p_, newg, true)  // 将新产生的goroutine放在当前P的可执行队列中

  if mainStarted { // 表示主M已启动
   wakep()  //尝试再添加一个P来执行G。当G可运行时调用
  }
 })
}

我们看runqput(_p_, newg, true)，函数的注释部分就讲清楚了goroutine怎么判断和放哪个位置的。其实这里就是将goroutine创建和跟p绑定，然后存放位置确定，然后等待调度器调度执行。调度器schedule() 可以在《调度实现原理》这篇中找到实现逻辑。

// runqput tries to put g on the local runnable queue.
// If next is false, runqput adds g to the tail of the runnable queue.
// If next is true, runqput puts g in the _p_.runnext slot.
// If the run queue is full, runnext puts g on the global queue.
// Executed only by the owner P.
func runqput(_p_ *p, gp *g, next bool) {
 if randomizeScheduler && next && fastrandn(2) == 0 {
  next = false
 }
 ...
}

结合goroutine的产生和调度流程，下图能较清楚的表示整个流程：

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整个流程分为 ‘goroutine创建’ 和 ‘schedule调度‘ 两个阶段

创建阶段

1.创建一个G

2.1G优先放到当前线程持有的P的本地队列中；

2.2如果已经满了，则放入全局队列中

3.1M通过P获取G；（一个M必须持有一个P——1:1）

3.2如果M的本地队列为空，从全局队列获取G；

3.3（work stealing机制）如果也为空，则从其他的MP组合偷取G

调度阶段

4：调度

5.执行func()函数

5.1 超出时间片后返回P的本地队列

5.2 若G.func()发生systemCall/阻塞

5.2.1 runtime(即调度器）会把这个M从P中摘除，（hand off机制）创建一个M或从休眠队列中取一个空闲的M，接管正在被阻塞中的P

5.2.2 M系统调用（阻塞）结束时，G会尝试获取一个空闲的P执行，并放入到这个P的本地队列。如果获取不到P，那么这个线程M变成休眠状态，加入到空闲线程中，然后这个G会被放入全局队列中

6.销毁G

m0

什么是m0和g0，有什么作用，和m、g有什么区别呢？

先看m0，m0是Go runtime创建的第一个系统线程（主线程），一个Go进程只有一个m0。

数据结构：从数据结构上看m0和其他m没有区别，同属于m结构体， m0的定时是 var m0 m。

创建：m0是进程在启动时由汇编创建m0的，而其他的m是Go运行时创建，m0在全局变量runtime.m0中，不需要在heap上分配。

作用：负责执行初始化操作和启动第一个G，启动第一个G后，M0就和其他的一样了

g0

goroutine在程序中一般分为三种：执行用户任务的g、执行 runtime.main的main goroutine、执行任务调度的g0。

g0具有线程唯一性（一个线程m中唯一），每次启动一个M，都会第一个创建g0，每个M都会有一个自己的g0，但是g0不会指向执行函数。

调度g：G0仅用于负责调度其他的G(M可能会有很多的G，然后G0用来保持调度栈的信息)，当一个M从G1切换到G2，首先应该切换到G0，通过G0把G1干掉，再切换到G2

存放空间：M0的G0会放在全局空间

调度器生命周期

再来看go调度器的生命周期，刚好看到有对于调度器生命周期的流程图。

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1. runtime 创建最初的线程 m0 和 goroutine g0，并把 2 者关联。
2. 调度器初始化：初始化 m0、栈、垃圾回收，以及创建和初始化由 GOMAXPROCS 个 P 构成的 P 列表。
3. 示例代码中的 main 函数是 main.main，runtime 中也有 1 个 main 函数 ——runtime.main，代码经过编译后，runtime.main 会调用 main.main，程序启动时会为 runtime.main 创建 goroutine，称它为 main goroutine 吧，然后把 main goroutine 加入到 P 的本地队列。
4. 启动 m0，m0 已经绑定了 P，会从 P 的本地队列获取 G，获取到 main goroutine。
5. G 拥有栈，M 根据 G 中的栈信息和调度信息设置运行环境
6. M 运行 G 7.G 退出，再次回到 M 获取可运行的 G，这样重复下去，直到 main.main 退出，runtime.main 执行 Defer 和 Panic 处理，或调用 runtime.exit 退出程序。 调度器的生命周期几乎占满了一个 Go 程序的一生，runtime.main 的 goroutine 执行之前都是为调度器做准备工作，runtime.main 的 goroutine 运行，才是调度器的真正开始，直到 runtime.main 结束而结束。