Golang の高同時実行プログラミング スキル: ゴルーチンのスケジューリング戦略についての深い理解

Golang の高同時実行性プログラミング スキル: Goroutines のスケジューリング戦略についての深い理解

はじめに: Golang は高同時性言語であり、その組み込みの軽量スレッド Goroutines はコア機能の 1 つです。同時プログラミングの。この記事では、Goroutine のスケジューリング戦略と、スケジューリング戦略を合理的に使用して同時プログラムのパフォーマンスを最適化する方法について詳しく説明します。

1. Goroutine のスケジューリング戦略

Goroutine は Golang の軽量スレッドであり、従来のオペレーティング システムのスレッドと比較して、Goroutine のスケジューリングはより柔軟かつ効率的です。 Golang は、スケジューラーと呼ばれるコンポーネントを使用して、どの Goroutine をいつ実行するかを決定します。 Golang では、通常、Goroutine のスケジューリングを手動で制御する必要はありませんが、スケジューラーが自動的に制御します。

ゴルーチンのスケジューリング戦略には、主に、プリエンプティブ スケジューリング、協調スケジューリング、ワーク スティーリングの 3 つの側面が含まれます。

1. プリエンプティブ スケジューリング

Golang のスケジューラは、プリエンプティブ スケジューリング戦略を採用しています。つまり、Goroutine の実行はいつでも他の Goroutine によって中断される可能性があります。このスケジューリング戦略の利点は、CPU リソースを合理的に割り当てることができ、特定のゴルーチンが長時間 CPU を独占して他のゴルーチンが実行できなくなるのを防ぐことができることです。 Goroutine がプリエンプトされると、スケジューラはその状態を保存し、他の実行可能な Goroutine に切り替えます。

2. 協調スケジューリング

プリエンプティブ スケジューリングに加えて、Golang のスケジューラは協調スケジューリング戦略も採用しています。協調スケジューリングでは、Goroutine は CPU を常に占有するのではなく、自動的に CPU の実行権を放棄します。適切なタイミングで CPU を積極的に放棄し、Goroutine を合理的に切り替えることで、システム全体の同時実行パフォーマンスを向上させることができます。

3. ワーク スティーリング

ワーク スティーリングは、Golang スケジューラの非常に重要なメカニズムです。その中心となるアイデアは、アイドル状態のスレッドが他のスレッドからタスクを積極的に「盗んで」実行できるようにすることで、スレッド間の負荷分散を実現することです。このメカニズムにより、一部のスレッドが過剰に動作し、他のスレッドがアイドル状態のままになる状況を回避でき、同時実行プログラムのパフォーマンスがさらに向上します。

2. スケジューリング戦略の例のデモンストレーション

Goroutine のスケジューリング戦略をより深く理解するために、簡単なサンプル コードを見て、並行プログラムに対するさまざまなスケジューリング戦略の影響を調べてみましょう。

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "sync"
)

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1) // 设置只使用一个CPU核心

    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)

    fmt.Println("Start Goroutines")

    // 第一个Goroutine
    go func() {
        defer wg.Done()

        for i := 0; i < 3; i++ {
            fmt.Println("Goroutine 1: ", i)
        }
    }()

    // 第二个Goroutine
    go func() {
        defer wg.Done()

        for i := 0; i < 3; i++ {
            fmt.Println("Goroutine 2: ", i)
        }
    }()

    fmt.Println("Waiting to finish")
    wg.Wait()
    fmt.Println("Terminating the program")
}

上記のコードでは、さまざまなスケジューリング戦略の影響をよりよく観察するために、runtime.GOMAXPROCS(1) を通じて 1 つの CPU コアのみを使用するように設定しています。

サンプル コードを実行すると、次のさまざまなスケジューリング戦略の影響を観察できます。

1. Goroutine が 1 つだけ実行されています。この場合、最初に実行を終了したゴルーチンが CPU を解放し、他のゴルーチンを実行します。
2. 2 つの Goroutine が交互に実行されます。この場合、CPU コアは 1 つしかないため、Goroutine は相互に実行を切り替えます。
3. 1 つのゴルーチンが完全に実行されると、別のゴルーチンが実行を開始します。

runtime.GOMAXPROCS の値を継続的に調整し、プログラムの出力を観察することで、さまざまなスケジューリング戦略が同時実行プログラムに与える影響をより深く理解できます。

結論:

ゴルーチンのスケジューリング戦略を深く理解することで、Golang プログラムのパフォーマンスをより適切に評価し、並行プログラムの実行効果を最適化できます。合理的なスケジューリング戦略を設定し、効率的な同時実行コードを作成することで、Golang 言語の高い同時実行機能を最大限に活用し、プログラムのパフォーマンスと安定性を向上させることができます。

参考文献:

1. https://golang.org/doc/Effective_go.html#goroutines
2. https://blog.golang.org/scheduler

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