线程（Thread） 是操作系统调度和CPU执行的最小单位，也叫轻量级进程。同一个进程内的线程共享地址空间、文件描述符、全局变量等，但每个线程有独立的栈和寄存器上下文。线程切换比进程轻（不需要切换地址空间），但仍然涉及内核态切换，开销较大（微秒级）。适合CPU密集型 + 需要并行的场景，但线程数一般控制在几百到几千，多了上下文切换和内存开销会很大。

协程（Coroutine / Goroutine） 是用户态的轻量级线程，由程序（或语言运行时）自己调度，不依赖操作系统内核。切换完全在用户态完成（只是保存/恢复栈指针和寄存器），开销极小（纳秒级）。一个线程可以承载成千上万个协程（M:N调度模型），创建和销毁成本非常低。典型代表：Go的goroutine、Kotlin协程、Python的asyncio。特别适合IO密集型、高并发场景，比如Web服务器、网络爬虫。

维度	进程	线程	协程（用户态）
资源分配单位	是	否（共享进程资源）	否
调度单位	否	是（内核调度）	否（用户/运行时调度）
切换开销	最大（毫秒级）	中等（微秒级）	最小（纳秒级）
并发数量	几十～几百	几百～几千	几万～几十万
典型适用	强隔离、多实例	CPU密集 + 并行	IO密集 + 超高并发

GMP模型

GMP 是 Go 语言调度器的核心模型，解决了传统协程调度在多核利用率和阻塞问题上的痛点。

首先简单说一下 GMP 三个核心组件：

G：Goroutine，就是我们写的 go func() 创建出来的用户态轻量级协程，栈初始只有 2KB（可以自动增长），创建成本很低。

M：Machine，对应内核线程（OS Thread），真正执行代码的实体。

P：Processor，逻辑处理器，数量默认等于 GOMAXPROCS（通常等于 CPU 核心数），负责调度 G 的执行队列。P 决定了程序最大并行度。

GMP 的核心思想是：G 不直接绑定 M，而是通过 P 来调度，实现 M:N 的多对多映射，既能利用多核，又能处理阻塞场景。

调度策略

早期（Go 1.0 ~ 1.13）Go 的调度器主要是协作式调度（cooperative scheduling）

什么叫协作式？Goroutine 只有在主动让出执行权时才会发生切换，比如：

调用了 runtime.Gosched()
发生系统调用（网络、文件IO、sleep 等阻塞操作）
通道收发阻塞
运行时主动插入的检查点（函数调用、循环回跳等）

优点：实现简单，开销低，用户态切换快。

缺点：恶意的/长时间计算密集型 Goroutine 会长时间霸占 P 和 M，导致同一个 P 下的其他 G 饿死，甚至整个程序卡住（尤其 GOMAXPROCS=1 时更明显）。另外垃圾回收的 STW 也会被拖得很长。

为了解决这个问题，Go 逐步引入了抢占式调度（preemptive scheduling）：

Go 1.14 引入真正的异步抢占（基于信号的抢占）： sysmon 发现某个 G 运行超过一定时间（默认 10ms），会向对应的 M 线程发送 SIGURG 信号，在安全点打断正在运行的 Goroutine（即使它在紧循环里不调用函数也能被抢占）。这大大改善了计算密集型任务的公平性，也让 GC 的 STW 时间更可控。

总结对比一下：

维度	协作式调度（Go 早期）	抢占式调度（Go 1.14+ 主流）
切换时机	Goroutine 主动让出	runtime 可以强制打断
长循环/死循环	容易饿死其他 G	基本能被抢占（10ms 量级）
GC STW 时间	可能较长	显著缩短
实现复杂度	低	较高（信号、安全点、异步抢占）
适用场景	IO 密集型占优	计算密集 + IO 密集都能较好支持

现在（2025–2026 年）绝大多数生产环境都在用 Go 1.18+，所以默认可以认为 Go 的调度器已经是带异步抢占的协作式调度，更接近于抢占式，但仍然保留了协作的低开销特性。

sysmon（系统监控线程）的作用

sysmon 是一个独立的后台线程（不绑定任何 P），由 runtime 在程序启动时创建，周期性运行（间隔从 20μs 到 10ms 不等，逐渐拉长以降低开销）。它的主要职责可以总结为“监控 + 干预 + 辅助”，具体包括：

抢占（Preemption）：发现某个 G 运行超过 ~10ms（schedtick 计数），就会设置抢占标志（preempt = true）。如果是 1.14+ 的异步抢占模式，还会直接向对应 M 发送信号（POSIX 用 SIGURG，Windows 用 SuspendThread），强制打断长运行的 G，即使它在紧循环里不做函数调用也能被切走。

netpoller 轮询：如果上次 netpoll 超过 10ms，sysmon 会主动调用 netpoll（非阻塞），把已经就绪的网络事件对应的 G 注入全局运行队列（injectglist），防止网络密集型任务饿死。

GC 相关辅助：

强制触发 GC：如果 2 分钟没发生过 GC，sysmon 会强制启动一次（防止内存无限增长）。
唤醒/管理 GC 后台 worker（bgsweep、bgmark 等）。
监控 GC 辅助（assist）比例，必要时干预。

其他：

回收长时间阻塞在系统调用里的 P（retake），交给其他 M 用。
处理 deadlock 检测（所有 G 都在等待）。
更新一些统计（如调度跟踪 schedtrace）。

简单说，sysmon 是 Go runtime 的“心跳 + 看门狗”，专门解决协作式调度遗留的公平性、及时性问题。

work stealing（工作窃取）如何实现负载均衡

Go 调度器采用分布式工作窃取（work-stealing scheduler），每个 P 都有自己的本地运行队列（runq，通常最多 256 个 G），优先从本地 runq 取 G 执行，降低锁竞争和缓存失效。

当一个 P 的本地队列空了，它会尝试“偷”别人队列里的 G，步骤大致是：

先尝试偷全局运行队列（global runq）的 G（全局队列通常只放新创建的 G 或从 netpoll 来的 G）。

如果全局也空，就随机选其他 P（通常尝试 2~4 次或更多，视版本），从它们的本地 runq 后半部分 grab 一半 G（runqgrab），放到自己队列。

偷的时候用原子操作（cas）保证线程安全。

如果偷不到，还会尝试偷 runnext（P 的下一个优先 G，通常是刚解锁的 G）。

这种机制的好处是：负载不均时，忙的 P 被偷，闲的 P 快速获得工作，实现自然负载均衡，尤其在多核 + 突发流量场景下效果显著。缺点是高 GOMAXPROCS 时，findrunnable 循环可能成为热点。

小结

GMP的核心优势

高效的内存使用

g的栈空间可以动态伸缩
充分复用空闲资源

灵活的调度

g可以动态绑定 P 和 M

用户态的调度

阻塞控制在g级别
避免内核调度的开销

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Last update: 2025-04-16

♟️GMP

进程 线程 协程

GMP模型

调度策略

sysmon（系统监控线程）的作用

work stealing（工作窃取）如何实现负载均衡

小结

进程线程协程