探索Golang协程实现——从v1.0开始

李乐

<h2>问题引入</h2>

  提起协程，你可能会说，不就go func吗，我分分钟就能创建上万个协程。可是协程到底是什么呢？都说协程是用户态线程，这里的用户态是什么意思？都说协程比线程更轻量，协程轻量在哪里呢？

  本文主要为读者介绍这些内容：

<ul><li>Golang v1.0协程并发模型——MG模型，协程创建，协程切换，协程退出，以及g0协程，重在理解协程栈切换逻辑；</li><li>为了理解协程栈，还需要简单了解下虚拟内存，函数栈帧以及简单的汇编语言；</li><li>Golang v1.0协程调度逻辑；</li><li>defer，panic以及recover底层实现原理。</li></ul>

  通过本篇文章，你将从根本上了解Golang协程。

  注：为什么选择v1.0版本呢？因为他足够的简单，不过，麻雀虽小五脏俱全；而且你会发现，即使到了现在，Golang协程实现原理，也就那么回事。v1.0版本代码可以从github上下载，分支为release-branch.go1。

<h2>基础补充</h2>

  在讲解Golang协程实现之前，还需要补充一些基础知识。理解协程，就需要理解函数栈帧，以及虚拟内存。而函数栈帧的管理，需要从汇编层次去解读。

  PS：不要怕，汇编其实很简单，不过几条指令，几个寄存器而已。

<h3>虚拟内存</h3>

  linux将内存组织为一些区域（段）的集合，如代码段，数据段，运行时堆，共享库段，以及用户栈都是不同的区域。如下图所示：

<span class="img-wrap"></span>

  用户栈，自上而下增长，寄存器%rsp指向用户栈的栈顶位置；通过malloc分配的内存通常是在运行时堆。

  想想函数调用过程，比如func1调用func2，待func2执行完毕后，还会回归道func1继续执行。该过程非常类似于栈结构，先入后出。大多数语言的函数调用都采用栈结构实现（基于用户栈），函数的调用与返回即对应一系列的入栈与出栈操作，而我们平常遇到的栈溢出就是因为函数调用层级过深，不断入栈导致的。函数栈帧如下图所示：

<span class="img-wrap"></span>

  寄存器%rbp指向函数栈帧底部位置，寄存器%rsp指向函数栈帧顶部位置。可以看到，在函数栈帧入栈时候，还会将调用方函数栈帧的%rbp寄存器入栈，以及实现多个函数栈帧的链接关系。否则，当前函数执行完毕后，如何恢复其调用方的函数栈帧？

  谁为我维护着函数栈帧结构呢？当然是我的代码了，可是我都没关注过这些啊。可以看看编译器生成的汇编代码，我们简单写一个c程序：

<pre><code class="lang-go hljs">int add(int x, int y) { return x y; } int main() { int sum = add(111,222); } </code></code></pre>

  查看编译结果:

<pre><code class="lang-go hljs">main： pushq %rbp movq %rsp, %rbp subq $16, %rsp movl $222, %esi movl $111,

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