go面试：说一下 GMP 模型的原理

在 Go 语言中，GMP 模型是其并发编程的核心概念，涉及 Goroutine、管理、调度以及并发执行的机制。GMP 模型中的每个字母代表一个特定的概念：G 表示 Goroutine，M 表示线程，P 表示处理器（或逻辑处理器）。下面我们详细讲解一下 GMP 模型的原理以及它们之间的关系。

G (Goroutine)

• Goroutine 是 Go 中的轻量级线程。创建 Goroutine 的开销非常小，通常仅需要几 KB 的栈空间。Goroutine 是由 Go 运行时（runtime）管理的，不同于操作系统级的线程。
• Goroutine 通过 go 关键字启动，可以同时运行数以千计的 Goroutine，而不会显著增加内存和系统负担。

M (Machine/Thread)

• M 代表的是管理 Goroutine 的操作系统线程。Go 运行时为每个操作系统线程分配一个 M。
• 在 Go 运行时，可以有多个 M 线程。Goroutines 会在这些 M 线程上运行，调度器负责将 Goroutines 分配到 M 线程上执行。

P (Processor)

• P 代表的是逻辑处理器。每个 P 是 Go 运行时的一个抽象，表示一个调度的上下文，能够调度 Goroutines 执行。P 存在于系统中的各种 M 线程中，用于管理在其之上运行的 Goroutines。
• 每个 P 内部维护一个本地的 Goroutine 队列，存放当前可执行的 Goroutine。

GMP 模型的工作原理

Goroutine 的创建：

• 当你在 Go 程序中使用 go 关键字启动一个 Goroutine 时，运行时会创建一个新的 G 结构，并将其放入某个 P 的就绪队列中。此时还没有被执行。

调度：

• Go 运行时中的调度器会从每个 P 的就绪队列中选择 Goroutine（G），并将其分配到操作系统线程（M）中执行。这样就能实现 Goroutine 的并发执行。
• 调度器会根据 Goroutine 的状态（如正在等待、阻塞等）来管理它们。

线程与处理器的关系：

• P 是与 M 进行调度的一个中介角色。在 Go 运行时，P 负责在其自己的 Goroutines 面前选择 M 线程去执行任务。
• 每个 P 都会尝试从其本地队列中调度 Goroutines，当本地队列为空时，它会向全局队列请求更多的 Goroutines。

Goroutine 的阻塞与唤醒：

• 当一个 Goroutine 进行 I/O 操作或其他阻塞操作时，它会被挂起，此时相关的 M 会被释放，使得其他可执行的 Goroutine 能够继续执行。
• 当阻塞操作完成后，Goroutine 会被唤醒，调度器会将其重新放入就绪队列。

GMP 模型的优势

高效的并发：由于 Goroutine 的创建和上下文切换开销小，开发者可以轻松创建大量的 Goroutines，实现高并发。

内存管理：Go 运行时会智能地管理 Goroutine 的栈空间，根据需要自动扩展和缩减栈大小。

调度灵活：调度器能够根据任务的需要灵活地将 Goroutines 分配到线程上，提高 CPU 使用率。

简化的编程模型：GMP 模型使得并发编程变得简单，开发者只需关注业务逻辑，而无需处理底层的线程管理。

实际应用

在我的工作中，我们常常利用 GMP 模型来高效处理并发请求。例如，在构建一个高并发的 Web 服务器时，我们可以为每一个请求创建一个 Goroutine，这样即便有大量的并发用户请求，服务器也能保持高效响应，通过调度器智能地管理 Goroutine 和线程，提升系统的吞吐量和性能。这种灵活的并发处理能力是 Go 语言的一大优势，极大地方便了我们的开发工作。