Golang函數的協程調度模型詳細分析

Golang（又稱Go語言）是一個以C語言為基礎的程式語言，近年來備受開發者關注並廣受使用。 Golang的設計目標是為了提高程式碼的可讀性、可維護性、並發性和效能。其中Golang的並發性是其最大的亮點之一，它採用了協程（Goroutine）的計算模型。這篇文章將對Golang中協程的調度模型進行詳細的分析。

一、Goroutine的介紹

在Golang語言中，協程是一種輕量級的線程，它們在同一個位址空間中運行，並且可以在同一個進程中共享數據。 Golang的協程被稱為Goroutine，它由Go語言的運行時環境進行管理，可以在極短的時間內創建大量的協程，並且可以自動調度協程的執行。

二、Goroutine的建立和銷毀

在Golang語言中，可以透過go關鍵字建立一個新的協程，並啟動一個函數的執行：

go func () {
    // do something
}()

在這個例子中，透過go關鍵字啟動了一個匿名函數（func(){}）的執行，該函數的執行將在一個新的協程中進行。在Golang中，協程的數量由執行時間環境管理，這意味著我們不需要手動建立或銷毀一個協程。當一個協程執行完成時，運行時環境會自動將其銷毀。

三、Goroutine的調度模型

Golang的協程採用了M:N的調度模型。其中M表示作業系統的實體線程，N表示Goroutine的數量。 M:N模型中的M執行緒透過調度器（scheduler）協調N個Goroutine的執行。 Golang的執行階段環境會根據系統的實際情況建立足夠的M線程，以確保可以在不同的處理器上並發執行多個協程。這也就是說，Golang的協程可以實現真正的並發，而不是在不同的時間片間隔內交替運行。

Golang的調度器有三種類型：系統調度器（system scheduler）、使用者等級調度器（user-level scheduler）和網路調度器（network scheduler）。其中系統調度器是Golang執行時間環境的一部分，它負責將協程分配給M線程，並負責管理系統層級的調度。使用者等級調度器運行於使用者程式碼的上下文中，負責在一段時間內輪流執行不同的Goroutine。網路調度器用於處理I/O操作，它會將I/O操作轉移到一個專用的M執行緒上，從而不會在其他協程的執行中影響I/O的處理。

在Goroutine的調度模型中，Golang會在使用者程式碼執行時進行搶佔式調度（preemptive scheduling）。這意味著Golang的調度器會在某個時刻強制停止正在執行的Goroutine，並讓另一個等待執行的Goroutine運作。這種調度模式可以確保公平性，從而避免某個協程一直佔用CPU資源。

四、Goroutine的阻塞和喚醒

在Golang中，協程可以透過chan（channel）來進行通訊。 chan是一種可以在不同協程間進行通訊的資料結構，它可以使一個協程阻塞，直到另一個協程向該chan發送一個訊息（透過<-符號實現）或者接收訊息（透過chanName := <-chan的形式）。當一個協程阻塞在chan上時，Golang的調度器會停止該協程的執行，並將其轉移到可喚醒佇列。當接收chan的協程收到訊息並繼續執行時，Golang的調度器會從可喚醒佇列中遍歷取得到該協程並將其還原到執行佇列。

五、總結

Golang的協程是其最大的亮點之一，它採用了M:N的調度模型，可以在真正的並發場景中發揮出非常好的性能。同時，在協程的使用中，也需要注意協程之間的通訊方式和阻塞喚醒的機制。使用協程時，需要避免死鎖、飢餓等問題。因此，在使用Golang協程時，需要充分了解背後的調度機制，以確保程式碼的穩定性和效能。

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