一个go goroutine中的无限循环若不主动让出cpu，可能会阻塞其他goroutine的执行，导致程序行为异常。这是因为go的调度器采用协作式调度机制，要求goroutine在特定时机将控制权交还给调度器。本文将深入探讨go goroutine的调度原理，列举常见的让出cpu时机，并提供避免此类阻塞的策略，包括使用`runtime.gosched()`。
Go Goroutine阻塞现象分析
在Go语言中，并发编程的核心是goroutine，它们是轻量级的执行单元，由Go运行时调度器管理。然而，不当的goroutine设计可能导致意想不到的阻塞问题。考虑以下代码示例：
package main
import (
"fmt"
"time"
// "runtime" // 后面会用到
)
func main() {
timeout := make(chan int)
go func() {
time.Sleep(time.Second) // 注意：原始问题中是time.SLeep，这里已修正
timeout <- 1
}()
res := make(chan int)
go func() {
for {
// 这个无限循环不会主动让出CPU
// runtime.Gosched() // 如果加上这一行，问题会解决
}
res <- 1 // 永远不会执行到这里
}()
select {
case <-timeout:
fmt.Println("timeout")
case <-res:
fmt.Println("res")
}
}这段代码的预期行为是，在约一秒后，timeout通道接收到值，然后程序打印"timeout"并退出。然而，实际运行时，程序会无限期地运行下去，永远不会打印"timeout"。这是因为第二个goroutine中的for{}无限循环占据了CPU，阻止了调度器将控制权交给第一个goroutine，从而导致time.Sleep(time.Second)无法完成并向timeout通道发送数据。
Go的协作式调度机制
Go语言的调度器采用的是协作式调度（Cooperative Scheduling）模型，这意味着goroutine需要主动或在特定操作下“协作”地将CPU控制权让出给调度器，以便调度器可以将CPU分配给其他等待运行的goroutine。与操作系统层面的抢占式调度（Preemptive Scheduling）不同，协作式调度不会强制中断一个正在运行的goroutine，除非它执行了某些特定操作。
在Go 1.14版本之前，Go的调度器是纯粹的协作式调度。从Go 1.14开始，引入了基于信号的异步抢占式调度，主要用于处理长时间运行的循环，但在某些极端CPU密集型场景下，仍可能出现类似上述的阻塞问题。理解协作式调度的基本原则对于编写健壮的Go并发程序至关重要。
Goroutine让出CPU的常见时机
一个goroutine在以下情况下会主动或被动地将CPU控制权让给调度器：
- 无缓冲通道的发送/接收操作 (unbuffered chan send/recv)：当goroutine尝试对一个无缓冲通道进行发送或接收操作，而没有其他goroutine准备好匹配的操作时，当前goroutine会阻塞并让出CPU。
- 系统调用 (syscalls)：包括文件I/O、网络I/O等操作。当goroutine执行系统调用时，它会阻塞并让出CPU，Go调度器可以利用这段时间运行其他goroutine。
- 内存分配 (memory allocation)：在进行大内存分配时，Go运行时可能会触发调度。
- 调用 time.Sleep()：显式调用time.Sleep()会使当前goroutine进入休眠状态，并让出CPU。
- 显式调用 runtime.Gosched()：这是手动让出CPU的最直接方式。
避免Goroutine阻塞的策略
为了避免上述无限循环导致的阻塞问题，我们需要确保CPU密集型goroutine能够周期性地让出CPU。
1. 使用 runtime.Gosched() 手动让出
对于纯粹的CPU密集型循环，如果其中不包含任何I/O、通道操作或time.Sleep等自然让出点，那么在循环内部周期性地调用runtime.Gosched()是确保调度器能够切换到其他goroutine的有效方法。
修改上述阻塞代码，在无限循环中加入runtime.Gosched()：
package main
import (
"fmt"
"runtime" // 导入runtime包
"time"
)
func main() {
timeout := make(chan int)
go func() {
time.Sleep(time.Second)
timeout <- 1
}()
res := make(chan int)
go func() {
for {
runtime.Gosched() // 在循环中显式让出CPU
}
// res <- 1 // 仍然不会执行到这里，因为循环是无限的
}()
select {
case <-timeout:
fmt.Println("timeout")
case <-res:
fmt.Println("res")
}
// 为了看到timeout输出，需要给主goroutine一点时间，
// 或者在select之后加一个time.Sleep(2 * time.Second)
time.Sleep(2 * time.Second) // 确保主goroutine不会过早退出
}现在，运行这段代码，你会发现程序会在大约一秒后打印"timeout"，然后继续运行直到time.Sleep(2 * time.Second)结束。runtime.Gosched()确保了无限循环的goroutine不会长时间独占CPU，从而允许time.Sleep的goroutine得以执行。
2. 理解 GOMAXPROCS 的作用与误区
GOMAXPROCS环境变量或runtime.GOMAXPROCS()函数用于设置Go程序可以使用的操作系统线程（P，Processor）的数量。虽然增加GOMAXPROCS的值可以允许Go调度器同时运行更多的goroutine（如果操作系统有足够的CPU核心），但这并不能解决一个goroutine无限循环不让出CPU的问题。
即使将GOMAXPROCS设置为大于1，如果一个goroutine在一个P上陷入了纯粹的CPU密集型无限循环，它仍然会独占该P。更重要的是，Go的垃圾回收器（GC）在执行“Stop The World”（STW）阶段时，需要暂停所有goroutine。如果一个CPU密集型goroutine不让出CPU，GC将无法完成STW，进而无法运行，最终可能导致整个程序因内存耗尽而崩溃，或者GC本身被无限期阻塞。因此，GOMAXPROCS不是解决此类阻塞问题的根本方法。
3. 设计良好的并发程序
最佳实践是设计goroutine时，尽量让它们通过自然的I/O操作、通道通信或定时器等方式周期性地让出CPU。纯粹的CPU密集型无限循环在Go并发编程中应该被视为一个潜在的问题点，需要特别注意。
- 使用通道进行通信和同步：通道操作是Go中天然的让出点。
- 利用I/O操作：网络请求、文件读写等都会导致goroutine阻塞并让出CPU。
- 引入定时器：time.Sleep或time.NewTimer可以用于周期性地暂停goroutine。
- 避免死循环：确保循环有明确的退出条件或在循环体内部包含让出CPU的机制。
总结
理解Go的协作式调度机制对于编写高效、无阻塞的Go并发程序至关重要。当goroutine执行CPU密集型操作时，必须确保它能够周期性地让出CPU，以便调度器能够公平地分配资源给其他等待运行的goroutine。通过在适当的时机使用runtime.Gosched()或更推荐地通过设计让goroutine自然地执行I/O或通道操作，我们可以有效避免因一个goroutine独占CPU而导致的程序阻塞问题，从而构建出响应迅速且健壮的Go应用程序。
