一文详解Golang协程调度器scheduler

什么是协程调度器scheduler？

在Golang中，协程是由Go语言运行时runtime负责管理和调度的。协程调度器scheduler就是其中的一个重要组件，它的作用是在多个协程之间分配并调度CPU资源，使得这些协程能够同时并发执行，提高程序的执行效率。

调度器的组成部分

在Golang中，调度器主要由三个部分组成：全局队列（Global Queue）、本地队列（Local Queue）和执行器（Executor）。

全局队列

全局队列也称作任务队列，是调度器的核心组件，用于存储系统中所有等待执行的协程。当一个协程被唤醒时，调度器会将该协程加入到全局队列中等待调度。

本地队列

本地队列是每个操作系统线程（OS Thread）独有的队列，存储该线程所负责的所有协程。当一个协程被唤醒时，调度器会首先在本地队列中寻找是否有可执行的协程，若有则立即执行。

执行器

执行器是负责执行协程的组件。其由一个或多个操作系统线程组成，每个线程负责从全局队列中获取协程并放入本地队列中执行。

调度器的工作原理

调度器采用抢占式调度策略，即当一个协程执行时间达到一定阈值时，调度器会强制暂停该协程，切换到其他可运行的协程。每个协程的执行时间由调度器动态调整，无需人为干预。

调度器的调度过程如下：

1. 当一个协程需要执行时，调度器会将其加入到全局队列中。

2. 执行器在本地队列中寻找可运行的协程，若有则立即执行；否则从全局队列中获取一个协程放入本地队列中执行。

3. 当一个协程执行时间达到一定阈值时，调度器会强制暂停该协程，切换到其他可运行的协程。

示例1：协程休眠

下面是一个简单的示例，其中两个协程分别打印字符串并休眠500ms。代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    go func() {
        for i := 0; i < 5; i++ {
            fmt.Println("A")
            time.Sleep(500 * time.Millisecond)
        }
    }()

    go func() {
        for i := 0; i < 5; i++ {
            fmt.Println("B")
            time.Sleep(500 * time.Millisecond)
        }
    }()

    // 等待协程执行结束
    time.Sleep(3 * time.Second)
}

在上面的示例中，我们使用了time.Sleep()函数来模拟协程执行的耗时操作。执行结果如下：

A
B
A
B
A
B
A
B
A
B

可以发现，两个协程交替输出，并且每个协程都有一段休眠时间。

示例2：协程竞态

下面是另一个示例，其中两个协程对共享变量加1操作，同时打印变量的值。代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var (
    count = 0

    wg sync.WaitGroup
    mu sync.Mutex
)

func main() {
    wg.Add(2)

    go func() {
        defer wg.Done()

        for i := 0; i < 100000; i++ {
            mu.Lock()
            count++
            fmt.Println("A:", count)
            mu.Unlock()
        }
    }()

    go func() {
        defer wg.Done()

        for i := 0; i < 100000; i++ {
            mu.Lock()
            count++
            fmt.Println("B:", count)
            mu.Unlock()
        }
    }()

    wg.Wait()
}

在上面的示例中，我们使用了sync.Mutex来实现对共享变量的互斥访问，避免了竞态条件的出现。执行结果如下：

A: 1
A: 2
A: 3
A: 4
B: 5
B: 6
B: 7
B: 8
...

可以发现，两个协程交替加1并输出变量的值，最终变量的值为200000，没有出现竞态条件的问题。

总结

在本文中，我们详细讲解了Golang协程调度器scheduler的工作原理和实现方式。对于Golang程序员来说，了解调度器的工作原理有助于编写高效并发的程序，并且可以避免一些潜在的问题，例如竞态条件等。