go语言广度算法,go语言 科学计算

手撸golang 基本数据结构与算法 图的搜索 深度优先/广度优先

最近阅读我的第一本算法书(【日】石田保辉；宫崎修一)

本系列笔记拟采用golang练习之

graph_visit_test.go

顶点接口

图的遍历器接口

顶点的实现

候选节点队列接口. 候选节点的选择方式不同, 决定了是深度优先还是广度优先.

LIFO堆栈, 实现INodeQueue接口

FIFO队列, 实现INodeQueue接口

遍历器, 实现IGraphVisitor接口

(end)

Go 语言三色标记扫描对象是 DFS 还是 BFS?

最近在看左神新书 《Go 语言设计与实现》的垃圾收集器时产生一个疑惑，花了点时间搞清楚了记录一下。

Go 语言垃圾回收的实现使用了标记清除算法，将对象的状态抽象成黑色（活跃对象）、灰色（活跃对象中间状态）、白色（潜在垃圾对象也是所有对象的默认状态）三种，注意没有具体的字段标记颜色。

整个标记过程就是把白色对象标黑的过程：

1.首先将 ROOT 根对象（包括全局变量、goroutine 栈上的对象等）放入到灰色集合

2.选一个灰色对象，标成黑色，将所有可达的子对象放入到灰色集合

3.重复2的步骤，直到灰色集合中为空

下图是书上的插图，看上去是一个典型的深度优先搜索的算法。

下图是刘丹冰写的《Golang 修养之路》的插图，看上去是一个典型的广度优先搜索的算法。

我疑惑的点在于这个标记过程是深度优先算法还是广度优先算法，因为很多文章博客对此都没有很清楚的说明，作为学习者这种细节其实也不影响对整个 GC 流程的理解，但是这种细节我非常喜欢扣：）

对着书和源码摸索着大致找到了一个结果是深度优先。下面看下大致的过程，源码基于1.15.2版本：

gcStart 是 Go 语言三种条件触发 GC 的共同入口

启动后台标记任务

为每个处理器创建用于执行后台标记任务的 Goroutine

上面休眠的 G 会在调度循环中检查并唤醒执行

执行标记

gcw 是每个 P 独有的所以不用担心并发的问题 和 GMP、mcache 一样设计，减少锁竞争

尝试在全局列表中获取一个不为空的 buf

这是官方实现的无锁队列：）涨见识了，for 循环加原子操作实现栈的 pop

到这里从灰色集合中获取待扫描的对象逻辑说完了。找到对象了接着就是 scanobject(b, gcw) 了，里面有两段逻辑要注意

根据索引位置找到对象进行标色

尝试存入 gcwork 的缓存中，或全局队列中

无锁队列，for 循环加原子操作实现栈的 push

到这里把灰色对象标黑就完成了，又放回灰色集合接着扫下一个指针。

Go 语言设计与实现 垃圾收集器

Golang三色标记+混合写屏障GC模式全分析

【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： ()

()

Golang的垃圾回收

最近垃圾分类的话题热度一下子就上去了，很多人因为垃圾分类的问题很头痛。因为垃圾这个话题，那我就想来说说Golang里面的垃圾，于是就有了这篇博客，golang中的垃圾回收。

现阶段网上针对golang垃圾回收的解析已经很多了，所以我也没有必要仔仔细细的一点点说，还是那个原则，用最直白的话告诉你，垃圾到底是怎么收的。

首先本文后续都会使用 GC 代替垃圾回收这几个字。

我们知道创建对象会给他分配内存资源，如果这个对象不使用了，而这个内存资源却一直被占用的话，那么我们的电脑很快就会被放满，所以需要将这些垃圾对象进行回收。

要回收，那么我们必须知道什么才是垃圾，什么不是垃圾。

在我们看来，一个对象以后都不用了，就是垃圾。

在程序看来，一个对象没有被引用了，就是垃圾。

首先说明一下，下面说的停，都是STW，stop the world，全世界暂停，所有运行的都停下来了。

先告诉所有人，停一下，我来记录一下当前状态。

告诉所有人，你们继续，该干嘛干嘛，我标记一下要用的对象

一开始所有点是白色，首先从根节点出发，标记相连的点为灰色（相连证明有引用），并且将所有灰色的点存起来；

告诉所有人，再停一下，在第二个过程中，因为所有人继续在工作，那么就会产生新的垃圾，因为第一个过程记录了状态，所以需要标记一下新的垃圾；然后清除所有白色的点，因为白色的点是没人引用的，也就是垃圾。

你一定会有这样的疑问：

那么既然会导致那么多问题，为什么不直接停下来，标记完回收完了再开始呢？

因为慢~

所以这样GC的原因是既要保证GC正常执行，又要保证效率，不能停的时间太长。

其实第一次停的时候，启动了一个写屏障 (write barrier)它需要记录后续过程中新创建的对象

这个过程称为三色标记，有点类似广度优先搜索。

这次是必须停，因为在第二个过程中引用会发生变化，从而需要停止后重新扫描一遍；然后关闭写屏障，最后再清理。

开启写屏障时需要stw

关闭写屏障前需要stw

开启写屏障之后的标记过程与其他程序并发执行

关闭写屏障之后的清扫过程与其他程序并发执行

那毕竟GC还是需要STW的，虽然可能停止时间很短，但是对于程序来说，整个程序停止1秒那对于用户来说就是致命打击。所以GC肯定需要一个触发的条件，不能想来就来。

这是一个触发的条件，默认GC百分比设置的是100，意思是，如果这次回收之后总共占用2M的内存，那么下次触发的条件时当超过4M的时候；同理，当这次回收之后总共占用4M，那么下次触发条件就是8M。

这个简单，当一定时间（2分钟）没有执行过GC就触发GC

使用命令 runtime.GC() 手动触发GC

以上就是在golang中垃圾回收的大致流程，总的来说使用三色标记法进行标记清除，并且标记时与程序运行并行，为了解决问题使用写屏障来记录标记过程中对象的变更。总来的来说也是为了提高垃圾回收的效率，并且尽可能的减少STW的时间。

了解下来，与java的分代回收相比，golang中的回收算法理解起来更加简单一些。

Go语言 排序与搜索切片

Go语言标准库中提供了sort包对整型，浮点型，字符串型切片进行排序，检查一个切片是否排好序，使用二分法搜索函数在一个有序切片中搜索一个元素等功能。

关于sort包内的函数说明与使用，请查看

在这里简单讲几个sort包中常用的函数

在Go语言中，对字符串的排序都是按照字节排序，也就是说在对字符串排序时是区分大小写的。

二分搜索算法

Go语言中提供了一个使用二分搜索算法的sort.Search(size,fn)方法：每次只需要比较㏒₂n个元素，其中n为切片中元素的总数。

sort.Search(size,fn)函数接受两个参数：所处理的切片的长度和一个将目标元素与有序切片的元素相比较的函数，该函数是一个闭包，如果该有序切片是升序排列，那么在判断时使用 有序切片的元素 = 目标元素。该函数返回一个int值，表示与目标元素相同的切片元素的索引。

在切片中查找出某个与目标字符串相同的元素索引