轉自個人博客 chinazt.cc
先看下面一道面試題:
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1)
wg := sync.WaitGroup{}
wg.Add(20)
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
fmt.Println("go routine 1 i: ", i)
wg.Done()
}()
}
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
fmt.Println("go routine 2 i: ", i)
wg.Done()
}(i)
}
wg.Wait()
}
在不執行代碼的前提下，腦補一下輸出結果應該是什么。
我再看到這道題時，首先想到輸出應該是0 -- 9 依次輸出。 但執行后才大跌眼鏡，錯的不是一點半點。首先看一下，在我本地執行的結果:
go routine 2 i: 9
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 1 i: 10
go routine 2 i: 0
go routine 2 i: 1
go routine 2 i: 2
go routine 2 i: 3
go routine 2 i: 4
go routine 2 i: 5
go routine 2 i: 6
go routine 2 i: 7
go routine 2 i: 8
意不意外？ 驚不驚喜？
為什么會是這樣的結果， 再翻閱了google官方出品的golang文檔之后，總算搞到了一些頭緒。
並發不等於並行
golang的核心開發人員Rob Pike專門提到了這個話題(有興趣可以看這個視頻或者看原文PPT)
雖然我們在for循環中使用了go 創建了一個goroutine，我們想當然會認為，每次循環變量時，golang一定會執行這個goroutine，然后輸出當時的變量。 這時，我們就陷入了思維定勢。 默認並發等於並行。
誠然，通過go創建的goroutine是會並發的執行其中的函數代碼。 但一定會按照我們所設想的那樣每次循環時執行嗎？ 答案是否定的！
Rob Pike專門提到了golang中並發指的是代碼結構中的某些函數邏輯上可以同時運行，但物理上未必會同時運行。而並行則指的就是在物理層面也就是使用了不同CPU在執行不同或者相同的任務。
golang的goroutine調度模型決定了，每個goroutine是運行在虛擬CPU中的(也就是我們通過runtime.GOMAXPROCS(1)所設定的虛擬CPU個數)。 虛擬CPU個數未必會和實際CPU個數相吻合。每個goroutine都會被一個特定的P(虛擬CPU)選定維護，而M(物理計算資源)每次回挑選一個有效P，然后執行P中的goroutine。
每個P會將自己所維護的goroutine放到一個G隊列中，其中就包括了goroutine堆棧信息，是否可執行信息等等。默認情況下，P的數量與實際物理CPU的數量相等。因此當我們通過循環來創建goroutine時，每個goroutine會被分配到不同的P隊列中。而M的數量又不是唯一的，當M隨機挑選P時，也就等同隨機挑選了goroutine。
在本題中，我們設定了P=1。所以所有的goroutine會被綁定到同一個P中。 如果我們修改runtime.GOMAXPROCS的值，就會看到另外的順序。 如果我們輸出goroutine id，就可以看到隨機挑選的效果:
func main() {
wg := sync.WaitGroup{}
wg.Add(20)
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
var buf [64]byte
n := runtime.Stack(buf[:], false)
idField := strings.Fields(strings.TrimPrefix(string(buf[:n]), "goroutine "))[0]
id, err := strconv.Atoi(idField)
if err != nil {
panic(fmt.Sprintf("cannot get goroutine id: %v", err))
}
fmt.Println("go routine 1 i: ", i, id)
wg.Done()
}()
}
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
var buf [64]byte
n := runtime.Stack(buf[:], false)
idField := strings.Fields(strings.TrimPrefix(string(buf[:n]), "goroutine "))[0]
id, err := strconv.Atoi(idField)
if err != nil {
panic(fmt.Sprintf("cannot get goroutine id: %v", err))
}
fmt.Println("go routine 2 i: ", i, id)
wg.Done()
}(i)
}
wg.Wait()
}
輸出如下:
go routine 2 i: 9 24
go routine 1 i: 10 11
go routine 1 i: 10 5
go routine 1 i: 10 6
go routine 2 i: 3 18
go routine 1 i: 10 9
go routine 1 i: 10 10
go routine 1 i: 10 8
go routine 2 i: 0 15
go routine 2 i: 4 19
go routine 2 i: 6 21
go routine 1 i: 10 7
go routine 1 i: 10 14
go routine 2 i: 7 22
go routine 2 i: 8 23
go routine 1 i: 10 13
go routine 2 i: 5 20
go routine 1 i: 10 12
go routine 2 i: 1 16
go routine 2 i: 2 17
⋊> ~/S/g/g/s/t/C/goroutine ./goroutine
go routine 1 i: 10 11
go routine 2 i: 9 24
go routine 1 i: 10 6
go routine 1 i: 10 14
go routine 1 i: 10 9
go routine 1 i: 10 10
go routine 1 i: 10 12
go routine 2 i: 0 15
go routine 1 i: 10 13
go routine 1 i: 10 5
go routine 2 i: 1 16
go routine 2 i: 5 20
go routine 1 i: 10 7
go routine 2 i: 7 22
go routine 2 i: 3 18
go routine 2 i: 2 17
go routine 2 i: 4 19
go routine 1 i: 10 8
go routine 2 i: 8 23
go routine 2 i: 6 21
我們再回到這道題中，雖然在循環中通過go定義了一個goroutine。但我們說到了，並發不等於並行。因此雖然定義了，但此刻不見得就會去執行。需要等待M選擇P之后，才能去執行goroutine。 關於golang中goroutine是如何進行調度的(GPM模型)，可以參考Scalable Go Scheduler Design Doc或者LearnConcurrency
這時應該就可以理解為什么會先輸出goroutine2然后再輸出goroutine1了吧。
下面我們來解釋為什么goroutine1中輸出的都是10.
goroutine如何綁定變量
在golang的for循環中，golang每次都使用相同的變量實例(也就是題中所使用的i)。 而golang之間是共享環境變量的。
當調度到這個goroutine時，它就直接讀取所保存的變量地址，此時就會出現一個問題：goroutine保存的只是變量地址，所以變量是有可能被修改的。
再結合題中的for循環，每次使用的都是同一個變量地址，也就是說i每次都在變化，到循環結束之時，i就變成了10. 而goroutine中保存的也只有i的內存地址而已，所以當goroutine1執行時，毫不猶豫的就把i的內容讀了出來，多少呢？ 10！
但為什么goroutine2不是10呢？
反過來看goroutine2，就容易理解了。因為在每次循環中都重新生成了一個新變量，然后每個goroutine保存的是各自新變量的地址。 這些變量相互之間互不干擾，不會被任何人所篡改。因此在輸出時，會從0 - 9依次輸出。
其實這些問題，golang官方已經發過預警提示。 只管自己看官方文檔的習慣，所以直接栽坑里了。
好在及時發現了自己的不足，亡羊補牢，為時未晚吧。