Go 运行时如何抢占 Goroutine 以实现高效并发

主要观点:Go 的轻量级并发模型基于协程(goroutine)和通道(channel),其运行时采用复杂机制确保数千甚至数百万协程公平高效运行,其中协程抢占机制很关键。
关键信息

  • 协程是 Go 的轻量级线程抽象,内存高效,运行时按 M 调度模型在操作系统线程池上调度。
  • 早期 Go 版本中,长运行或紧循环协程可能独占 CPU 导致响应差,如hogCPU函数示例。
  • Go 1.14 引入强制抢占机制来处理不自愿让出的情况,如在紧循环中插入抢占检查。
  • 运行时通过预占标志(g.preempt)和安全点(safepoints)来管理抢占,仅在特定安全点进行抢占以保证内存一致性。
  • 抢占机制在无函数调用的紧循环代码中也起作用,可通过pprof等工具监测。
  • 抢占在垃圾回收(GC)中也很重要,在“停止世界”GC 阶段设置预占标志,使协程在安全点暂停,保证内存安全和并发性能。
    重要细节
  • 协程在阻塞操作(如等待通道)或函数调用处会自愿让出控制。
  • 强制抢占检查会定期验证协程执行是否应被中断,若preempt标志被设置则暂停。
  • 示例代码展示了tightLoopprintMessages协程的运行情况,以及抢占机制的作用。
  • 编译阶段 Go 编译器会为特定代码插入抢占检查。
  • 垃圾回收时,运行时设置preempt标志,使协程在安全点暂停,完成后恢复运行。
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