【Go】并发编程之runtime包及其常用方法

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一、runtime 包

1. runtime 包是干什么用的？

我的上篇文章【Go】并发编程 中提到过，Go 语言的 goroutine 是由 运行时（runtime）调度和管理的。这篇文章我们来详细介绍 runtime 调度器的知识。

尽管 Go 编译器产生的是本地可执行代码，这些代码仍旧运行在 Go 的 runtime（这部分的代码可以在 runtime 包中找到）当中。Go 语言的 runtime 类似 Java 和 .NET 语言所用到的虚拟机，它负责管理包括内存分配、垃圾回收（第 10.8 节）、栈处理、goroutine、channel、切片（slice）、map 和反射（reflection）等等。

2. runtime 包内的一些方法简介

runtime 调度器是个非常有用的东西，关于 runtime 包几个方法：

1. Gosched()：让当前线程让出 cpu 以让其它线程运行，它不会挂起当前线程，因此当前线程未来会继续执行。

2. NumCPU()：返回当前系统的 CPU 核数量。

3. GOMAXPROCS()：设置最大的可同时使用的 CPU 核数。
   通过runtime.GOMAXPROCS函数，应用程序可以设置运行时系统中的 P 最大数量。注意，如果在运行期间设置该值的话，会引起“Stop the World”。所以，应在应用程序最早期调用，并且最好是在运行Go程序之前设置好操作程序的环境变量GOMAXPROCS，而不是在程序中调用runtime.GOMAXPROCS函数。
   无论我们传递给函数的整数值是什么值，运行时系统的P最大值总会在1~256之间。
   go1.8 后，默认让程序运行在多个核上，可以不用设置了。
   go1.8 前，还是要设置一下，可以更高效的利用 cpu。

4. Goexit()：退出当前 goroutine（但是defer语句会照常执行）。

5. NumGoroutine：返回正在执行和排队的任务总数。
   runtime.NumGoroutine函数在被调用后，会返回系统中的处于特定状态的 Goroutine 的数量。这里的特定状态是指Grunnable\Gruning\Gsyscall\Gwaition。处于这些状态的Groutine即被看做是活跃的或者说正在被调度。
   注意：垃圾回收所在Groutine的状态也处于这个范围内的话，也会被纳入该计数器。

6. GOOS：查看目标操作系统。很多时候，我们会根据平台的不同实现不同的操作，就可以用GOOS来查看自己所在的操作系统。

7. runtime.GC：会让运行时系统进行一次强制性的垃圾收集。
   强制的垃圾回收：不管怎样，都要进行的垃圾回收。非强制的垃圾回收：只会在一定条件下进行的垃圾回收（即运行时，系统自上次垃圾回收之后新申请的堆内存的单元（也成为单元增量）达到指定的数值）。

8. GOROOT() ：获取 goroot 目录。

9. runtime.LockOSThread 和 runtime.UnlockOSThread 函数：前者调用会使调用他的 Goroutine 与当前运行它的M锁定到一起，后者调用会解除这样的锁定。

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二、runtime.Gosched()

让出当前协程的 CPU 时间片给其他协程。当前协程等待时间片未来继续执行。

释放时间片，先让别的协程执行，它执行完，再回来执行此协程。

package mainimport ("fmt""runtime"
)func main() {go func(s string) {for i := 0; i < 2; i++ {fmt.Println(s)}}("world")// 主协程for i := 0; i < 2; i++ {runtime.Gosched()    //主协程释放CPU时间片，此时上面的协程得以执行fmt.Println("hello") //CPU时间片回来后继续执行}
}

输出结果：

hello
world
hello
world

或：

world
world
hello
hello

第一个结果解释：进入主协程的第一轮 for 循环，主协程让出CPU时间片时，上面的协程还没创建好，因此没有其他协程可以使用时间片，那么主协程继续执行，先打印了hello。进入主协程的第二轮 for 循环，主协程让出CPU时间片时，上面的协程打印了world，然后主协程又得到时间片打印了hello，在主协程结束进程之前，上面的协程打印了world。

第二个结果解释：进入主协程的第一轮 for 循环，主协程让出CPU时间片时，上面的协程已经创建好，并打印了两个world，然后主协程继续执行，打印了一个hello。进入主协程的第二轮 for 循环，主协程让出CPU时间片时，已经没有协程正在等待执行，所以主协程继续打印了一个hello，然后结束。

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三、runtime.Goexit()

退出当前协程，但是 defer 语句会照常执行。

package mainimport ("fmt""runtime"
)func main() {go func() {defer fmt.Println("A.defer")func() {defer fmt.Println("B.defer")runtime.Goexit() // 结束当前协程defer fmt.Println("C.defer")fmt.Println("B")}()fmt.Println("A")}()fmt.Println("main")
}

输出结果：

main
B.defer
A.defer

或

main
B.defer

或

main

在我们自己的协程结束之前，是会打印已定义的 B.defer 和 A.defer 的，这说明：

如果我们用 runtime.Goexit() 结束协程，仍然会执行 defer 语句。

第一个结果解释：主协程打印了main，在主协程结束之前的一小段时间，我们的协程抓紧时间执行了defer语句：打印了 B.defer 和 A.defer。

第二个结果解释：主协程打印了main，在主协程结束之前的一小段时间，我们的协程虽然抓紧时间，但只打印了 B.defer，没来得及打印A.defer。

第三个结果解释：主协程打印了main，这次我们的协程虽然紧赶慢赶，但没能赶上执行 defer 语句，一切都结束了。

为了充分说明 如果我们用 runtime.Goexit() 结束协程，仍然会执行 defer 语句 ，我们可以让主协程延迟结束：

package mainimport ("fmt""runtime""time"
)func main() {go func() {defer fmt.Println("A.defer")func() {defer fmt.Println("B.defer")runtime.Goexit() // 结束当前协程defer fmt.Println("C.defer")fmt.Println("B")}()fmt.Println("A")}()time.Sleep(time.Second) //睡一会儿，不让主协程很快结束
}

输出结果：

B.defer
A.defer

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四、runtime.GOMAXPROCS()

Golang 默认所有任务都运行在一个 cpu 核里，如果要在 goroutine 中使用多核，可以使用 runtime.GOMAXPROCS 函数修改，当参数小于 1 时使用默认值。

Go运行时的调度器使用 GOMAXPROCS 参数来指定需要使用多少个 OS 线程来同时执行 Go 代码。默认值是机器上的 CPU 核心数。例如在一个 8 核心的机器上，调度器会把 Go 代码同时调度到 8 个 OS 线程上（ GOMAXPROCS 是m:n调度中的n）。

Go语言中可以通过 runtime.GOMAXPROCS() 函数设置当前程序并发时占用的 CPU 逻辑核心数。

Go1.5版本之前，默认使用的是单核心执行。Go1.5版本之后，默认使用全部的 CPU 逻辑核心数。

我们可以通过将任务分配到不同的 CPU 逻辑核心上实现并行的效果，这里举个例子：

package mainimport ("fmt""runtime""time"
)func a() {for i := 1; i < 10; i++ {fmt.Println("A:", i)}
}func b() {for i := 1; i < 10; i++ {fmt.Println("B:", i)}
}func main() {runtime.GOMAXPROCS(1)go a()go b()time.Sleep(time.Second)  //睡一会儿，不让主协程结束
}

上例中，两个任务只有一个逻辑核心，此时是做完一个任务再做另一个任务。 将逻辑核心数设为2，此时两个任务并行执行，代码如下：

package mainimport ("fmt""runtime""time"
)func a() {for i := 1; i < 10; i++ {fmt.Println("A:", i)}
}func b() {for i := 1; i < 10; i++ {fmt.Println("B:", i)}
}func main() {runtime.GOMAXPROCS(2)go a()go b()time.Sleep(time.Second)
}

Go语言中的操作系统线程和 goroutine 的关系：

1. 一个操作系统线程对应用户态多个 goroutine。
2. go 程序可以同时使用多个操作系统线程。
3. goroutine 和 OS 线程是多对多的关系，即 m:n。

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五、runtime.NumCPU()、runtime.GOROOT()、runtime.GOOS

package mainimport ("fmt""runtime"
)func main() {//获取cpu核数量fmt.Println("cpus:", runtime.NumCPU())//获取goroot目录：fmt.Println("goroot:", runtime.GOROOT())//获取操作系统fmt.Println("archive:", runtime.GOOS)
}

输出结果：

cpus: 4
goroot: D:\Go
archive: windows

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参考链接

1. runtime包
2. 本文介绍了几个 runtime 中最基本的函数，要想了解更多，请参考文章：go-runtime