一、Golang 執行緒和協程的區別

　　備註：需要區分程序、執行緒(核心級執行緒)、協程(使用者級執行緒)三個概念。

　程序、執行緒 和 協程 之間概念的區別

　　對於 程序、執行緒，都是有核心進行排程，有 CPU 時間片的概念，進行 搶佔式排程（有多種排程演算法）

　　對於 協程(使用者級執行緒)，這是對核心透明的，也就是系統並不知道有協程的存在，是完全由使用者自己的程式進行排程的，因為是由使用者程式自己控制，那麼就很難像搶佔式排程那樣做到強制的 CPU 控制權切換到其他程序/執行緒，通常只能進行 協作式排程，需要協程自己主動把控制權轉讓出去之後，其他協程才能被執行到。

　goroutine 和協程區別

　　本質上，goroutine 就是協程。 不同的是，Golang 在 runtime、系統呼叫等多方面對 goroutine 排程進行了封裝和處理，當遇到長時間執行或者進行系統呼叫時，會主動把當前 goroutine 的CPU (P) 轉讓出去，讓其他 goroutine 能被排程並執行，也就是 Golang 從語言層面支援了協程。Golang 的一大特色就是從語言層面原生支援協程，在函式或者方法前面加 go關鍵字就可建立一個協程。

　其他方面的比較

　　1. 記憶體消耗方面

　　　　每個 goroutine (協程) 預設佔用記憶體遠比 Java 、C 的執行緒少。　　　　goroutine：

　　2. 執行緒和 goroutine 切換排程開銷方面

　　　　執行緒/goroutine 切換開銷方面，goroutine 遠比執行緒小　　　　執行緒：涉及模式切換(從使用者態切換到核心態)、16個暫存器、PC、SP...等暫存器的重新整理等。　　　　goroutine：只有三個暫存器的值修改 - PC / SP / DX.

二、協程底層實現原理

　　執行緒是作業系統的核心物件，多執行緒程式設計時，如果執行緒數過多，就會導致頻繁的上下文切換，這些 cpu 時間是一個額外的耗費。所以在一些高併發的網路伺服器程式設計中，使用一個執行緒服務一個 socket 連線是很不明智的。於是作業系統提供了基於事件模式的非同步程式設計模型。用少量的執行緒來服務大量的網路連線和I/O操作。但是採用非同步和基於事件的程式設計模型，複雜化了程式程式碼的編寫，非常容易出錯。因為執行緒穿插，也提高排查錯誤的難度。

 　　協程，是在應用層模擬的執行緒，他避免了上下文切換的額外耗費，兼顧了多執行緒的優點。簡化了高併發程式的複雜度。舉個例子，一個高併發的網路伺服器，每一個socket連線進來，伺服器用一個協程來對他進行服務。程式碼非常清晰。而且兼顧了效能。

 那麼，協程是怎麼實現的呢？

　　他和執行緒的原理是一樣的，當 a執行緒 切換到 b執行緒 的時候，需要將 a執行緒 的相關執行進度壓入棧，然後將 b執行緒 的執行進度出棧，進入 b執行緒 的執行序列。協程只不過是在 應用層 實現這一點。但是，協程並不是由作業系統排程的，而且應用程式也沒有能力和許可權執行 cpu 排程。怎麼解決這個問題？

　　答案是，協程是基於執行緒的。內部實現上，維護了一組資料結構和 n 個執行緒，真正的執行還是執行緒，協程執行的程式碼被扔進一個待執行佇列中，由這 n 個執行緒從佇列中拉出來執行。這就解決了協程的執行問題。那麼協程是怎麼切換的呢？答案是：golang 對各種 io函式 進行了封裝，這些封裝的函式提供給應用程式使用，而其內部呼叫了作業系統的非同步 io函式，當這些非同步函式返回 busy 或 bloking 時，golang 利用這個時機將現有的執行序列壓棧，讓執行緒去拉另外一個協程的程式碼來執行，基本原理就是這樣，利用並封裝了作業系統的非同步函式。包括 linux 的 epoll、select 和 windows 的 iocp、event 等。

 　　由於golang是從編譯器和語言基礎庫多個層面對協程做了實現，所以，golang的協程是目前各類有協程概念的語言中實現的最完整和成熟的。十萬個協程同時執行也毫無壓力。關鍵我們不會這麼寫程式碼。但是總體而言，程式設計師可以在編寫 golang 程式碼的時候，可以更多的關注業務邏輯的實現，更少的在這些關鍵的基礎構件上耗費太多精力。

三、協程的歷史以及特點

　　協程（Coroutine）是在1963年由Melvin E. Conway USAF, Bedford, MA等人提出的一個概念。而且協程的概念是早於執行緒（Thread）提出的。但是由於協程是非搶佔式的排程，無法實現公平的任務呼叫。也無法直接利用多核優勢。因此，我們不能武斷地說協程是比執行緒更高階的技術。

　　儘管，在任務排程上，協程是弱於執行緒的。但是在資源消耗上，協程則是極低的。一個執行緒的記憶體在 MB 級別，而協程只需要 KB 級別。而且執行緒的排程需要核心態與使用者的頻繁切入切出，資源消耗也不小。

我們把協程的基本特點歸納為：

 　　那麼，近幾年為何協程的概念可以大熱。我認為一個特殊的場景使得協程能夠廣泛的發揮其優勢，並且遮蔽掉了劣勢 --> 網路程式設計。與一般的計算機程式相比，網路程式設計有其獨有的特點。

 　　最開始的網路程式其實就是一個執行緒一個請求設計的（Apache）。後來，隨著網路的普及，誕生了C10K問題。Nginx 通過單執行緒非同步 IO 把網路程式的執行流程進行了亂序化，通過 IO 事件機制最大化的保證了CPU的利用率。

至此，現代網路程式的架構已經形成。基於IO事件排程的非同步程式設計。其代表作恐怕就屬 NodeJS 了吧。

非同步程式設計的槽點

　　非同步程式設計為了追求程式的效能，強行的將線性的程式打亂，程式變得非常的混亂與複雜。對程式狀態的管理也變得異常困難。寫過Nginx C Module的同學應該知道我說的是什麼。我們開始吐槽 NodeJS 那噁心的層層Callback。

Golang

　　在我們瘋狂被 NodeJS 的層層回撥噁心到的時候，Golang 作為名門之後開始走入我們的視野。並且迅速的在Web後端極速的跑馬圈地。其代表者 Docker 以及圍繞這 Docker 展開的整個容器生態圈欣欣向榮起來。其最大的賣點 – 協程 開始真正的流行與討論起來。

　　我們開始向寫PHP一樣來寫全非同步IO的程式。看上去美好極了，彷彿世界就是這樣了。

　　在網路程式設計中，我們可以理解為 Golang 的協程本質上其實就是對 IO 事件的封裝，並且通過語言級的支援讓非同步的程式碼看上去像同步執行的一樣。

四、Golang 協程的應用

　　我們知道，協程（coroutine）是Go語言中的輕量級執行緒實現，由Go執行時（runtime）管理。

　　在一個函式呼叫前加上go關鍵字，這次呼叫就會在一個新的goroutine中併發執行。當被呼叫的函式返回時，這個goroutine也自動結束。需要注意的是，如果這個函式有返回值，那麼這個返回值會被丟棄。

先看一下下面的程式程式碼：

　　執行上面的程式碼，會發現螢幕什麼也沒打印出來，程式就退出了。 　　對於上面的例子，main()函式啟動了10個goroutine，然後返回，這時程式就退出了，而被啟動的執行 Add() 的 goroutine 沒來得及執行。我們想要讓 main() 函式等待所有 goroutine 退出後再返回，但如何知道 goroutine 都退出了呢？這就引出了多個goroutine之間通訊的問題。

　　在工程上，有兩種最常見的併發通訊模型：共享記憶體 和 訊息。

 　　下面的例子，使用了鎖變數（屬於一種共享記憶體）來同步協程，事實上 Go 語言主要使用訊息機制（channel）來作為通訊模型

channel

　　訊息機制認為每個併發單元是自包含的、獨立的個體，並且都有自己的變數，但在不同併發單元間這些變數不共享。每個併發單元的輸入和輸出只有一種，那就是訊息。

　　channel 是 Go 語言在語言級別提供的 goroutine 間的通訊方式，我們可以使用 channel 在多個 goroutine 之間傳遞訊息。channel是程序內的通訊方式，因此通過 channel 傳遞物件的過程和呼叫函式時的引數傳遞行為比較一致，比如也可以傳遞指標等。channel 是型別相關的，一個 channel 只能傳遞一種型別的值，這個型別需要在宣告 channel 時指定。

　　channel的宣告形式為：

　　舉個例子，宣告一個傳遞int型別的channel：

var ch chan int

 　　使用內建函式 make() 定義一個channel：

ch := make(chan int)

　　在channel的用法中，最常見的包括寫入和讀出：

// 將一個數據value寫入至channel，這會導致阻塞，直到有其他goroutine從這個channel中讀取資料
ch <- value

// 從channel中讀取資料，如果channel之前沒有寫入資料，也會導致阻塞，直到channel中被寫入資料為止
value := <-ch

預設情況下，channel的接收和傳送都是阻塞的，除非另一端已準備好。

 我們還可以建立一個帶緩衝的channel：

c := make(chan int, 1024)

// 從帶緩衝的channel中讀資料
for i:=range c {
　　...
}

此時，建立一個大小為1024的int型別的channel，即使沒有讀取方，寫入方也可以一直往channel裡寫入，在緩衝區被填完之前都不會阻塞。

可以關閉不再使用的channel：

close(ch)

應該在生產者的地方關閉channel，如果在消費者的地方關閉，容易引起panic；

現在利用channel來重寫上面的例子：

 　　在這個例子中，定義了一個包含10個channel的陣列，並把陣列中的每個channel分配給10個不同的goroutine。在每個goroutine完成後，向goroutine寫入一個數據，在這個channel被讀取前，這個操作是阻塞的。在所有的goroutine啟動完成後，依次從10個channel中讀取資料，在對應的channel寫入資料前，這個操作也是阻塞的。這樣，就用channel實現了類似鎖的功能，並保證了所有goroutine完成後main()才返回。

　　另外，我們在將一個channel變數傳遞到一個函式時，可以通過將其指定為單向channel變數，從而限制該函式中可以對此channel的操作。

select

　　在UNIX中，select()函式用來監控一組描述符，該機制常被用於實現高併發的socket伺服器程式。Go語言直接在語言級別支援select關鍵字，用於處理非同步IO問題，大致結構如下：

 　　select預設是阻塞的，只有當監聽的channel中有傳送或接收可以進行時才會執行，當多個channel都準備好的時候，select是隨機的選擇一個執行的。

　　Go語言沒有對channel提供直接的超時處理機制，但我們可以利用select來間接實現，例如：

 這樣使用select就可以避免永久等待的問題，因為程式會在timeout中獲取到一個數據後繼續執行，而無論對ch的讀取是否還處於等待狀態。