Go并发编程-线程模型(G)

G(Go代码片段)
一个G就代表一个goroutine,也与go函数相对应。作为编程人员,我们只是使用go语句向Go的运行时系统提交了一个并发任务,而Go的运行时系统则会按照我们的要求并发地执行它。

Go的编译器会把go语句变成对内部函数newproc的调用,并把go函数及其参数都作为参数传递给这个函数。其实它并不神秘,只是一种递送并发任务的方法而已。

运行时系统在接到这样一个调用之后,会先检查go函数及其参数的合法性,然后试图从本地P的自由G列表和调度器的自由G列表获取可用的G,如果没有获取到,就新建一个G。

与M和P相同,运行时系统也持有一个G的全局列表(runtime.allgs)。新建的G会在第一时间被加入该列表。类似地,这个全局列表的主要作用是:集中存放当前运行时系统中的所有G的指针。
无论用于封装当前这个go函数的G是否是新创建的,运行时系统都会对它进行一次初始化,包括关联go函数以及设置该G的状态和ID等步骤。在初始化完成后,这个G会立即被存储到本地P的runnext字段中;该字段用于存放新鲜出炉的G,以求更早地运行它。如果这时runnext字段已存有一个G,那么这个已有的G就会被“踢到”该P的可运行G队列的末尾。如果该队列已满,那么这个G就只能追加到调度器的可运行G队列中了。

在特定情况下,一旦新启用的G被存于某地,调度就会立即进行以使该G尽早被运行。不过,即使这里不立即调度,我们也无需担心,因为运行时系统总是在为及时运行每个G忙碌着。

每一个G都会由运行时系统根据其实际状况设置不同的状态,其主要状态如下。

  • Gidle: 表示当前G刚被新分配,但还未初始化。
  • Grunnable: 表示当前G正在可运行队列中等待运行。
  • Grunning: 表示当前G正在运行。
  • Gsyscall: 表示当前G正在执行某个系统调用。
  • Gwaiting: 表示当前G正在阻塞。
  • Gdead: 表示当前G正在闲置。
  • Gcopystack: 表示当前G的栈正被移动,移动的原因可能是栈的扩展或收缩。

除了上述状态,还有一个称为Gscan的状态。不过这个状态并不能独立存在,而是组合状态的一部分。比如,Gscan与Grunnable组合成Gscanrunnable状态,代表当前G正等待运行,同时它的栈正被扫描,扫描的原因一般是GC(垃圾回收)任务的执行。又比如,Gscan与Grunning组合成Gscanrunning状态,表示正处于Grunning状态的当前G的栈要被GC扫描时的一个短暂时刻。

之前讲过,在运行时系统想用一个G封装go函数的时候,会先对这个G进行初始化。一旦该G准备就绪,其状态就会被设置成Grunnable。也就是说,一个G真正开始被使用是在其状态设置为Grunnable之后。下图展示了G在其生命周期内的状态流转情况。


G的状态转化图

一个G在运行的过程中,是否会等待某个事件以及会等待什么样的事件,完全由其封装的go函数决定。例如,如果这个函数中包含对通道值的操作,那么在执行到对应代码的时候,这个G就有可能进入Gwaiting状态。这可能是在等待从通道类型值中接收值,也可能是在等待向通道类型值发送值。又例如,涉及网络I/O的时候也会导致相应的G进入Gwaiting状态。此外,操纵定时器(time.Timer)和调用time.Sleep函数同样会造成相应G的等待。在事件到来之后,G会被“唤醒”并被转换至Grunnable状态。待时机到来时,它会被再次运行。

G在退出系统调用时的状态转换要比上述情况复杂一些。运行时系统会先尝试直接运行这个G,仅当无法直接运行的时候,才会把它转换为Grunnable状态并放入调度器的自由G列表中。显然,对这样一个G来说,在其退出系统调用之时就立即被恢复运行再好不过了。运行时系统当然会为此做出一些努力,不过即使努力失败了,该G也还是会在实时的调度过程中被发现并运行。

最后,值得一提的是,进入死亡状态(Gdead)的G是可以重新初始化并使用的。相比之下,P在进入死亡状态(Pdead)之后,就只能面临销毁的结局。由此也可以说明Gdead状态与Pdead状态所表达的含义截然不同。处于Gdead状态的G会被放入本地P或调度器的自由G列表,这是它们被重用的前提条件。

相关链接:
Go并发编程-线程模型
Go并发编程-线程模型(M)
Go并发编程-线程模型(P)
Go并发编程-线程模型(G)

参考资料:
https://www.ituring.com.cn/book/tupubarticle/16048

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