在 Go 中調用 go func() 時究竟發生了什么

作者：孔令飛 2025-07-28 06:32:12

每當你鍵入 go func()，實際上啟動的是由高效調度器管理的“迷你進程”。本篇文章將揭開這一機制的面紗，說明 goroutine 并非簡單的 pthread_create() 封裝。

當你在 Go 代碼中輸入 go func() 時，表面上似乎只是啟動了一個后臺線程；實際上，這一指令觸發了運行時調度器、操作系統線程與一系列精妙機制之間的協同運作。本篇文章將揭開這一機制的面紗，說明 goroutine 并非簡單的 pthread_create() 封裝。

示例程序

func main() {
    go sayHello()
    time.Sleep(1 * time.Second) // 讓 goroutine 有機會運行
}

func sayHello() {
    fmt.Println("Hello from a goroutine!")
}

go 關鍵字讓上述代碼看似平凡。然而內部流程遠比創建一個普通線程復雜得多。

運行時核心：G-M-P 調度模型

Go 采用 M:N 調度器，通過 G-M-P 三元組實現高并發而低開銷的調度。

G (Goroutine)
M (Machine)：操作系統線程
P (Processor)：邏輯處理器，負責調度

Goroutines (G)
        ↓↓↓↓↓
+-------------------+
|  Processors (P)   |   每個 P 維護本地可運行隊列
+-------------------+
        ↓↓↓↓↓
     OS Threads (M)

運行時將大量 G 映射到有限數量的 P，而 P 又綁定到真正的系統線程 M。該設計允許在有限資源下高效調度成千上萬的 goroutine。

go func() 的內部步驟

(1) 編譯期轉換：源碼 go sayHello() 被編譯器轉換為運行時調用

runtime.newproc(fnPointer, arguments)

(2) 創建新的 G：newproc 為函數及其參數分配一個新的 G 結構體，并將其壓入當前 P 的本地運行隊列。

(3) 調度到 M：每個活躍的 P 綁定一個正在運行的 M。M 從本地隊列中取出 G 執行；若隊列為空，則嘗試從全局隊列或其他 P 的隊列中“工作竊取”。

Goroutine 結構體（G）的關鍵字段

棧指針與棧邊界
程序計數器
狀態標志：_Grunnable、_Grunning、_Gwaiting 等
defer 與 panic 處理信息
鏈表指針，用于排隊或調度

(1) 棧的動態增長

每個 goroutine 以約 2 KB 的微小棧啟動，并按需擴展：

2 KB → 4 KB → 8 KB → …

動態棧使生成數百萬個 goroutine 成為可能，而不會占用過多內存。

流程示意圖

main.go
 └─> go sayHello()
       └─> runtime.newproc()
             └─> allocate new G
             └─> push to P's run queue
                   └─> M picks G from queue
                         └─> executes sayHello()

真實示例與輸出

func main() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go func(i int) {
            fmt.Printf("Worker %d starting\n", i)
            time.Sleep(time.Second)
            fmt.Printf("Worker %d done\n", i)
        }(i)
    }
    time.Sleep(2 * time.Second)
}

預期輸出（順序可能不同）：

Worker 0 starting
Worker 2 starting
Worker 1 starting
Worker 2 done
Worker 1 done
Worker 0 done

調度器采用搶占式策略，故輸出順序不確定。

常見陷阱

數據競爭：輕易生成 goroutine 不代表可以隨意共享內存。務必使用通道或同步原語保護共享數據。
Goroutine 泄漏：若 goroutine 永久阻塞（如等待一個永不寫入的通道），將持續占用內存。
調度器爭用：數百萬個忙等待 goroutine 仍可能導致饑餓。

建議使用 pprof、runtime.NumGoroutine() 及 context 取消機制管理生命周期。

基準：goroutine 的成本

func BenchmarkGoroutines(b *testing.B) {
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        done := make(chan bool)
        go func() { done <- true }()
        <-done
    }
}

在 Apple M1 Mac 上的觀測結果：

創建并運行一個 goroutine ≈ 200 ns
100 萬個空閑 goroutine 占用約 10 MB 內存

相比每個 OS 線程動輒 1 MB 以上的棧空間，優勢顯著。

結語

Go 之美在于用看似簡單的語法抽象隱藏了復雜的系統編程哲學。每當你鍵入 go func()，實際上啟動的是由高效調度器管理的“迷你進程”。下次當應用輕松生成十萬級 goroutine 時，不妨放心微笑——Go 運行時自會為你撐腰。

責任編輯：趙寧寧來源：令飛編程

Go go func()