# Go 语言 GMP 模型详解 🚀

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# 什么是 GMP？ 🤔

GMP 是 Go 语言运行时 (runtime) 的调度器，它负责将 goroutine 调度到操作系统线程上执行。这个调度器是 Go 语言实现高并发的重要基石！

# GMP 模型的核心组件 🎯

# 1. G (Goroutine) 🏃‍♂️

轻量级的用户态线程
包含执行栈、调度信息、等待队列等
初始栈大小只有 2KB，但可以动态扩容
由 Go 程序通过 go 关键字创建
每个 G 都有自己的执行上下文和栈空间
状态包括：_Gidle、_Grunnable、_Grunning、_Gsyscall、_Gwaiting、_Gdead
可以被抢占，支持协作式调度

# 2. M (Machine) ⚙️

代表操作系统线程
由操作系统调度
每个 M 都有一个特殊的 G0（调度协程）
数量由 GOMAXPROCS 环境变量决定
M0 是启动程序后的编号为 0 的线程，负责执行初始化操作和启动第一个 G
M0 在全局变量 runtime.m0 中，不需要在 heap 上分配
M0 负责执行初始化操作和启动第一个 G（main goroutine）
M0 还可以负责执行垃圾回收等操作

# 3. P (Processor) 🎮

调度上下文，可以看作一个 "处理器"
维护一个本地 G 队列
数量通常等于 CPU 核心数
负责将 G 调度到 M 上执行
P0 是启动程序后的编号为 0 的 P，负责执行 main goroutine
每个 P 都有一个本地队列，用于存储等待执行的 G
P 的数量可以通过 GOMAXPROCS 环境变量或 runtime.GOMAXPROCS () 函数设置

# GMP 的工作流程 🔄

创建 Goroutine 🆕
- 程序通过 go 关键字创建新的 G
- G 会被放入 P 的本地队列或全局队列
- 如果本地队列已满，会放入全局队列
- 创建 G 时会进行栈空间分配和初始化
调度过程 ⚡
- P 从本地队列获取 G
- 将 G 交给 M 执行
- 如果本地队列为空，会尝试从全局队列获取 G
- 如果全局队列也为空，会尝试从其他 P"偷取"G
- 每个 M 都有一个 G0，用于执行调度任务
- G0 的栈空间大小是固定的，不会动态调整
- G0 在整个程序的生命周期内只有一个
系统调用 🔄
- 当 G 进行系统调用时，M 会释放 P
- P 会被分配给其他空闲的 M
- 系统调用结束后，G 会重新进入队列等待调度
- 使用 hand off 机制，避免线程阻塞
- 系统调用期间，M 会切换到 G0 执行调度任务

# GMP 的调度策略 🎯

# 1. 工作窃取（Work Stealing）🦹‍♂️

当 P 的本地队列为空时
会随机选择一个 P，尝试从其本地队列 "偷取" 一半的 G
这种机制可以平衡各个 P 的工作负载
避免资源浪费和线程饥饿
窃取时会考虑负载均衡

# 2. 自旋线程（Spinning Threads）⚡

部分 M 会处于自旋状态
自旋的 M 会不断寻找可执行的 G
避免频繁的线程创建和销毁
提高响应速度
自旋线程数量由 GOMAXPROCS 决定

# 3. 全局队列（Global Queue）🌍

存放等待调度的 G
当 P 的本地队列满时，会将 G 放入全局队列
优先级低于本地队列
用于负载均衡
全局队列的访问需要加锁

# 4. 抢占机制（Preemption）⚡

sysmon 线程监控 goroutine 运行时间
超过阈值时触发抢占
通过 timer 实现定时抢占
避免 goroutine 长时间占用资源
支持协作式调度和抢占式调度

# GMP 的优势 💪

高效的内存使用 💾
- G 的栈大小动态调整
- 避免固定栈大小带来的内存浪费
- G0 使用固定栈，避免栈溢出
- 支持栈的自动扩容和收缩
优秀的并发性能 🚀
- 充分利用多核 CPU
- 减少线程切换开销
- 支持大量并发 Goroutine
- 动态负载均衡
- 高效的调度算法
灵活的调度策略 🎮
- 支持工作窃取
- 动态负载均衡
- 避免线程饥饿
- 抢占式调度
- 支持协作式调度

# 实际应用建议 💡

合理设置 GOMAXPROCS ⚙️
runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
避免创建过多 Goroutine ⚠️
- 使用 goroutine 池
- 控制并发数量
- 注意内存使用
- 避免 goroutine 泄漏
注意系统调用 🔄
- 系统调用会阻塞 M
- 考虑使用异步 IO
- 避免频繁的系统调用
- 使用 syscall.Syscall 替代 syscall.Syscall6
性能优化建议 🎯
- 合理使用 goroutine
- 避免 goroutine 泄漏
- 使用 sync.Pool 复用对象
- 注意锁的使用
- 使用原子操作代替锁
- 避免不必要的 goroutine 创建

# 总结 📝

GMP 模型是 Go 语言实现高并发的核心机制，它通过 Goroutine、Machine 和 Processor 三个组件的协同工作，实现了高效的并发调度。理解 GMP 模型对于编写高性能的 Go 程序至关重要！

记住：Go 的并发哲学是 "通过通信来共享内存，而不是通过共享内存来通信" 🎯

# 关键点回顾 🔍

G0 是每个 M 的特殊 goroutine，用于调度
M0 是主线程，负责程序初始化
P0 是主处理器，负责执行 main goroutine
工作窃取机制确保负载均衡
抢占机制避免 goroutine 饥饿
系统调用时 M 会切换到 G0
G0 使用固定栈，避免栈溢出

GMP