哪些操作会导致Goroutine阻塞？调度器会怎么做？

Go语言中，哪些操作或场景会导致Goroutine发生阻塞？当一个Goroutine发生阻塞时，Go调度器会怎么做？

简要回答

Go 中导致 Goroutine 阻塞的常见场景包括：等待 channel 操作、等待锁（互斥锁 / 读写锁）、系统调用、网络 I/O 操作、time.Sleep、select 语句等。

当 Goroutine 阻塞时，Go 调度器的处理方式取决于阻塞的类型：

1. 仅阻塞 G，不阻塞 M：调度器会将该 Goroutine 挂起，把它从当前 M 上移除，然后让当前 M 继续从 P 的本地队列或全局队列中获取其他就绪的 Goroutine 执行。
2. **同时阻塞 G 和 M：Go 的系统监控会介入，将当前的 P 与被阻塞的 M 分离，并把 P 交给其他空闲的 M 或新建一个 M 去继续执行队列中的其他任务，以此保证 CPU 资源不被浪费。

详细回答

Go 中导致 Goroutine 阻塞的常见场景及底层机制区别如下：

• Channel 操作：发送或接收 channel 时，如果 channel 未准备好，Goroutine 会主动调用 gopark 挂起自身。
• 锁操作：获取互斥锁（sync.Mutex）或读写锁（sync.RWMutex）时，如果锁已被持有，当前 Goroutine 会被加入等待队列并阻塞。
• 网络 I/O：Go 运行时的网络轮询器使用底层的异步 I/O。进行网络调用时，Goroutine 会在 Netpoller 中等待，但不会阻塞底层系统线程 M。
• 同步系统调用：如传统的文件 I/O、CGO 调用等。这类操作不仅会阻塞 Goroutine，还会导致底层的操作系统线程 M 一起被阻塞。
• time.Sleep：主动让 Goroutine 休眠，它会被加入到调度器的定时器堆中等待唤醒。
• select 语句：当所有 case 都不满足且没有 default 分支时，Goroutine 会阻塞等待直至任一 case 就绪。
• 同步原语：如 sync.WaitGroup 的 Wait、sync.Cond 的 Wait 等。

当 Goroutine 阻塞时，Go 调度器的具体应对机制：

• 异步阻塞（非 M 阻塞）：调度器轻量级地解除 G 与 M 的绑定，M 会继续留在 P 上，并从 P 的本地队列、全局队列，或者通过 work-stealing 机制从其他 P 窃取 Goroutine 来执行。
• 同步阻塞（M 被阻塞）：调度器的后台监控线程一旦发现某个 M 因系统调用阻塞过长，就会强制将 M 和 P 解绑。P 会带走它的本地任务队列，寻找到一个新的或者空闲的 M 继续执行。当原来的系统调用结束时，原来的 G 会尝试获取一个空闲的 P 恢复执行，如果获取不到，就会被放入全局队列等待。

知识图解

知识扩展

Go 的调度器采用了 G-M-P 模型，其中 G 代表 Goroutine，M 代表操作系统线程，P 代表逻辑处理器。每个 P 都有一个本地队列，用于存放就绪的 Goroutine。为了保证高并发和资源的最大化利用，Go 运行时大量使用了 gopark（挂起）和 goready（唤醒）机制来管理处于上述阻塞状态的 Goroutine。

面试官可能会追问

Q1：Go 的 G-M-P 模型是什么？

A1：Go 的 G-M-P 模型是 Go 调度器的核心，其中 G 代表 Goroutine，M 代表操作系统线程，P 代表逻辑处理器。每个 P 维护一个本地的 Goroutine 就绪队列。M 必须绑定一个 P 才能执行 Goroutine代码。P 的数量由环境变量 GOMAXPROCS 决定，通常等于 CPU 核心数。这种模型通过 P 实现了对并发执行上下文的管理，大幅减少了 M 之间的锁竞争。

Q2：Go 的 work-stealing 机制是什么？

A2：Go 的 work-stealing 机制是调度器的一种负载均衡策略。当当前 P 的本地队列执行为空，且全局队列也没有可运行的 Goroutine 时，该 P 会尝试从其他 P 的本地队列中窃取 Goroutine。为了减少与被窃取 P 之间的锁竞争，窃取操作通常从目标 P 队列的尾部拿走一半的 Goroutine。这种机制确保了所有的 CPU 核心都在尽力工作，避免“一核有难，多核围观”的现象。

Q3：Go 的调度器如何处理锁操作？

A3：当 Goroutine 获取锁时，如果锁已被其他 Goroutine 持有，Goroutine 会被阻塞。此时，Go 调度器会将其从当前 M 上移除，然后从 P 的本地队列或全局队列中选择一个就绪的 Goroutine 继续执行。当锁被释放时，被阻塞的 Goroutine 会被重新放入就绪队列中等待执行。