Go 并发编程协程及调度机制详情

什么是协程

Go语言引入了协程的概念，也称为轻量级线程或用户态线程。协程是一种由用户自己管理的轻量级线程，不需要由操作系统调度，从而减轻了操作系统的负担。一个进程中可以有多个协程，协程间的切换只需要保存少量的寄存器上下文，并且可以随时进行，因此协程比线程更轻量级、更高效。

协程的使用

协程可以使用go关键字开启，并且可以在函数调用前面加上关键字go实现异步调用。下面是一个简单的使用协程的例子：

package main

import(
    "fmt"
    "time"
)

func a() {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Println("a: ", i)
    }
}

func b() {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Println("b: ", i)
    }
}

func main() {
    go a()
    go b()
    time.Sleep(time.Second * 1)
}

在上面的例子中，使用关键字go开启的函数a和b都是协程，因此可以同时运行而不会相互影响。同时在main函数中使用Sleep函数使得主协程等待了一秒钟再结束，这样可以保证两个协程都可以执行完。

协程的调度机制

每个Go程序都有一个全局的协程调度器，调度器的主要作用是在协程之间进行调度切换，以保证每个协程都能够得到执行。

调度器是通过Goroutine（协程）和P（处理器）实现的。P指的是内核线程，每个P中会维持一个G的Go协程队列的列表。调度器会将正在运行的协程绑定到P上，如果协程要阻塞，就会将它从P的协程队列中移除，然后将P解绑，继续执行其他协程。

当一个协程阻塞时，调度器会从其它空闲的P中找一个空闲的P，并将该协程绑定到它上面。如果没有空闲的P，就会增加P。

示例代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func a() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        fmt.Println("a: ", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 100)
    }
}

func b() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        fmt.Println("b: ", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 100)
    }
}

func main() {
    go a()
    b()
    go a()
    b()
}

在上面的代码中，开启了两个协程a()和b()，b()函数不使用关键字go，因此会在主协程中运行。在a()函数中使用Sleep函数模拟阻塞，因此a()函数在执行时会阻塞。可以看到在执行过程中，两个a()函数和两个b()函数的输出是交替进行的，这说明调度器在进行了切换。