Go并发编程之美-CAS操作

摘要： 一、前言 go语言类似Java JUC包也提供了一些列用于多线程之间进行同步的措施，比如低级的同步措施有 锁、CAS、原子变量操作类。相比Java来说go提供了独特的基于通道的同步措施。本节我们先来看看go中CAS操作 二、CAS操作 go中的Cas操作与java中类似，都是借用了CPU提供的原子性指令来实现。

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go语言类似Java JUC包也提供了一些列用于多线程之间进行同步的措施，比如低级的同步措施有 锁、CAS、原子变量操作类。相比Java来说go提供了独特的基于通道的同步措施。本节我们先来看看go中CAS操作

go中的Cas操作与java中类似，都是借用了CPU提供的原子性指令来实现。CAS操作修改共享变量时候不需要对共享变量加锁，而是通过类似乐观锁的方式进行检查，本质还是不断的占用CPU 资源换取加锁带来的开销（比如上下文切换开销）。下面一个例子使用CAS来实现计数器

go中CAS操作具有原子性，在解决多线程操作共享变量安全上可以有效的减少使用锁所带来的开销，但是这是使用cpu资源做交换的。

我简单列举了并发编程的大纲，需要详细的私信“555”~~

go语言能做什么？

很多朋友可能知道Go语言的优势在哪，却不知道Go语言适合用于哪些地方。

1、 Go语言作为服务器编程语言，很适合处理日志、数据打包、虚拟机处理、文件系统、分布式系统、数据库代理等；网络编程方面。Go语言广泛应用于Web应用、API应用、下载应用等；除此之外，Go语言还可用于内存数据库和云平台领域，目前国外很多云平台都是采用Go开发。

2、 其实Go语言主要用作服务器端开发。其定位是用来开发"大型软件"的，适合于很多程序员一起开发大型软件，并且开发周期长，支持云计算的网络服务。Go语言能够让程序员快速开发，并且在软件不断的增长过程中，它能让程序员更容易地进行维护和修改。它融合了传统编译型语言的高效性和脚本语言的易用性和富于表达性。

3、 Go语言成功案例。Nsq：Nsq是由Go语言开发的高性能、高可用消息队列系统，性能非常高，每天能处理数十亿条的消息；

4、 Docker：基于lxc的一个虚拟打包工具，能够实现PAAS平台的组建。

5、 Packer：用来生成不同平台的镜像文件，例如VM、vbox、AWS等，作者是vagrant的作者

6、 Skynet：分布式调度框架。

7、 Doozer：分布式同步工具，类似ZooKeeper。

8、 Heka：mazila开源的日志处理系统。

9、 Cbfs：couchbase开源的分布式文件系统。

10、 Tsuru：开源的PAAS平台，和SAE实现的功能一模一样。

11、 Groupcache：memcahe作者写的用于Google下载系统的缓存系统。

12、 God：类似redis的缓存系统，但是支持分布式和扩展性。

13、 Gor：网络流量抓包和重放工具。

以上的就是关于go语言能做什么的内容介绍了。

【golang详解】go语言GMP(GPM)原理和调度

Goroutine调度是一个很复杂的机制，下面尝试用简单的语言描述一下Goroutine调度机制，想要对其有更深入的了解可以去研读一下源码。

首先介绍一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go协程，每个go关键字都会创建一个协程。

M ---------- thread内核级线程，所有的G都要放在M上才能运行。

P ----------- processor处理器，调度G到M上，其维护了一个队列，存储了所有需要它来调度的G。

Goroutine 调度器P和 OS 调度器是通过 M 结合起来的，每个 M 都代表了 1 个内核线程，OS 调度器负责把内核线程分配到 CPU 的核上执行

模型图：

避免频繁的创建、销毁线程，而是对线程的复用。

1）work stealing机制

当本线程无可运行的G时，尝试从其他线程绑定的P偷取G，而不是销毁线程。

2）hand off机制

当本线程M0因为G0进行系统调用阻塞时，线程释放绑定的P，把P转移给其他空闲的线程执行。进而某个空闲的M1获取P，继续执行P队列中剩下的G。而M0由于陷入系统调用而进被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空闲，就可以保证充分利用CPU。M1的来源有可能是M的缓存池，也可能是新建的。当G0系统调用结束后，根据M0是否能获取到P，将会将G0做不同的处理：

如果有空闲的P，则获取一个P，继续执行G0。

如果没有空闲的P，则将G0放入全局队列，等待被其他的P调度。然后M0将进入缓存池睡眠。

如下图

GOMAXPROCS设置P的数量，最多有GOMAXPROCS个线程分布在多个CPU上同时运行

在Go中一个goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被饿死。

具体可以去看另一篇文章

【Golang详解】go语言调度机制 抢占式调度

当创建一个新的G之后优先加入本地队列，如果本地队列满了，会将本地队列的G移动到全局队列里面，当M执行work stealing从其他P偷不到G时，它可以从全局G队列获取G。

协程经历过程

我们创建一个协程 go func()经历过程如下图：

说明：

这里有两个存储G的队列，一个是局部调度器P的本地队列、一个是全局G队列。新创建的G会先保存在P的本地队列中，如果P的本地队列已经满了就会保存在全局的队列中；处理器本地队列是一个使用数组构成的环形链表，它最多可以存储 256 个待执行任务。

G只能运行在M中，一个M必须持有一个P，M与P是1：1的关系。M会从P的本地队列弹出一个可执行状态的G来执行，如果P的本地队列为空，就会想其他的MP组合偷取一个可执行的G来执行；

一个M调度G执行的过程是一个循环机制；会一直从本地队列或全局队列中获取G

上面说到P的个数默认等于CPU核数，每个M必须持有一个P才可以执行G，一般情况下M的个数会略大于P的个数，这多出来的M将会在G产生系统调用时发挥作用。类似线程池，Go也提供一个M的池子，需要时从池子中获取，用完放回池子，不够用时就再创建一个。

work-stealing调度算法：当M执行完了当前P的本地队列队列里的所有G后，P也不会就这么在那躺尸啥都不干，它会先尝试从全局队列队列寻找G来执行，如果全局队列为空，它会随机挑选另外一个P，从它的队列里中拿走一半的G到自己的队列中执行。

如果一切正常，调度器会以上述的那种方式顺畅地运行，但这个世界没这么美好，总有意外发生，以下分析goroutine在两种例外情况下的行为。

Go runtime会在下面的goroutine被阻塞的情况下运行另外一个goroutine：

用户态阻塞/唤醒

当goroutine因为channel操作或者network I/O而阻塞时（实际上golang已经用netpoller实现了goroutine网络I/O阻塞不会导致M被阻塞，仅阻塞G，这里仅仅是举个栗子），对应的G会被放置到某个wait队列(如channel的waitq)，该G的状态由_Gruning变为_Gwaitting，而M会跳过该G尝试获取并执行下一个G，如果此时没有可运行的G供M运行，那么M将解绑P，并进入sleep状态；当阻塞的G被另一端的G2唤醒时（比如channel的可读/写通知），G被标记为，尝试加入G2所在P的runnext（runnext是线程下一个需要执行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地队列和全局队列。

系统调用阻塞

当M执行某一个G时候如果发生了阻塞操作，M会阻塞，如果当前有一些G在执行，调度器会把这个线程M从P中摘除，然后再创建一个新的操作系统的线程(如果有空闲的线程可用就复用空闲线程)来服务于这个P。当M系统调用结束时候，这个G会尝试获取一个空闲的P执行，并放入到这个P的本地队列。如果获取不到P，那么这个线程M变成休眠状态， 加入到空闲线程中，然后这个G会被放入全局队列中。

队列轮转

可见每个P维护着一个包含G的队列，不考虑G进入系统调用或IO操作的情况下，P周期性的将G调度到M中执行，执行一小段时间，将上下文保存下来，然后将G放到队列尾部，然后从队列中重新取出一个G进行调度。

除了每个P维护的G队列以外，还有一个全局的队列，每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中G的来源，主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列，也是为了防止全局队列中的G被饿死。

除了每个P维护的G队列以外，还有一个全局的队列，每个P会周期性地查看全局队列中是否有G待运行并将其调度到M中执行，全局队列中G的来源，主要有从系统调用中恢复的G。之所以P会周期性地查看全局队列，也是为了防止全局队列中的G被饿死。

M0

M0是启动程序后的编号为0的主线程，这个M对应的实例会在全局变量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0负责执行初始化操作和启动第一个G，在之后M0就和其他的M一样了

G0

G0是每次启动一个M都会第一个创建的goroutine，G0仅用于负责调度G，G0不指向任何可执行的函数，每个M都会有一个自己的G0，在调度或系统调用时会使用G0的栈空间，全局变量的G0是M0的G0

一个G由于调度被中断，此后如何恢复？

中断的时候将寄存器里的栈信息，保存到自己的G对象里面。当再次轮到自己执行时，将自己保存的栈信息复制到寄存器里面，这样就接着上次之后运行了。

我这里只是根据自己的理解进行了简单的介绍，想要详细了解有关GMP的底层原理可以去看Go调度器 G-P-M 模型的设计者的文档或直接看源码

参考： ()

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基于go的websocket消息推送的集群实现

目前websocket技术已经很成熟，选型Go语言，当然是为了节省成本以及它强大的高并发性能。我使用的是第三方开源的websocket库即gorilla/websocket。

由于我们线上推送的量不小，推送后端需要部署多节点保持高可用，所以需要自己做集群，具体架构方案如图：

Auth Service：鉴权服务，根据Token验证用户权限。

Collect Service：消息采集服务，负责收集业务系统消息，存入MongoDB后，发送给消息分发服务。

Dispatch Service：消息分发服务，根据路由规则分发至对应消息推送服务节点上。

Push Service：消息推送服务，通过websocket将消息推送给用户。

集群推送的关键点在于，web端与服务端建立长连接之后，具体跟哪个推送节点保持长连接的，如果我们能够找到对应的连接节点，那么我们就可以将消息推送出去。下面讲解一下集群的大致流程：

1. web端用户登录之后，带上token与后端推送服务（Push Service）保持长连接。

2. 推送服务收到连接请求之后，携带token去鉴权服务（Auth Service）验证此token权限，并返回用户ID。

3. 把返回的用户ID与长连接存入本地缓存，保持用户ID与长连接绑定关系。

4. 再将用户ID与本推送节点IP存入redis，建立用户（即长连接）与节点绑定关系，并设置失效时间。

5. 采集服务（Collect Service）收集业务消息，首先存入mongodb，然后将消息透传给分发服务（Dispatch Service）。

6. 分发服务收到消息之后，根据消息体中的用户ID，从redis中获取对应的推送服务节点IP，然后转发给对应的推送节点。

7. 推送服务节点收到消息之后，根据用户ID，从本地缓存中取出对应的长连接，将消息推送给客户端。

其他注意事项：

粒子群算法在任务调度中的应用

毕业论文（设计）题目: 粒子群算法及其在任务调度中的应用

题目类型 理论研究 题目来源 教师科研题

毕业论文（设计）时间从 2008年2月24日至 2008年6月14日

1毕业论文（设计内容要求）：

多处理机调度问题是指有n台相同的处理机和m个独立的作业, 处理机以互不相关的方式处理作业,其中，任何作业可以在任何一台处理机上运行,但未完工前不允许中断作业,作业也不能拆分成更小的作业,使n个作业在尽可能短的时间内由这m台相同的处理机完成。粒子群算法是模拟鸟群觅食的过程,采用速度- 位置模型进行搜索。每个优化问题的解都是搜索空间的一只鸟,称为粒子,粒子群中的每个粒子通过追随个体最优粒子和全局最优粒子进行搜索.

本课题要求学生查找资料，学习、理解、掌握遗传算法的基本思想，总结遗传算法的改进方法，选定一种粒子群算法应用到多处理机调度问题并编程实现该算法，对该算法与首次最优匹配法在调度长度上进行实验比较 。

通过本次毕业设计，学生懂得如何查找资料并对资料进行分析总结，培养科研与独立分析问题的能力，掌握一门程序开发语言，培养程序开发技巧和能力。

go语言--Goroutines

1、goroutine：在go语言中，每一个并发的执行单元叫做goroutine，如果一个程序中包含多个goroutine，对两个函数的调用则可能发生在同一时刻

2、main goroutine：当一个程序启动时，其主函数即在一个单独的goroutine中运行，我们叫他为main gorountine

3、go goroutine：新的goroutine会用go语句来创建，go+函数名，go语句会使其语句中的函数在一新创建的goroutine中运行，而go语句本身会迅速地完成

4、goroutine的退出：主函数返回时，所有的goroutine都会被直接打断，程序退出，除了从主函数退出或者终止程序之外，没有其他方法能够让一个goroutine来打断另一个的执行，但是可以通过另一种方式来实现这个目的，通过goroutine之间的通信来让一个goroutine请求其他的goroutine，并让请求的goroutine自行结束执行

文章名称：go语言实现粒子群算法,粒子群群算法
网页地址：http://scyanting.com/article/hccois.html