本文旨在深入解析 Go 协程（goroutine）阻塞问题，通过具体示例代码，详细阐述了协程阻塞的原因，即 Go 采用的协作式调度机制。同时，介绍了协程让出 CPU 的常见场景，以及手动让出 CPU 的方法。最后，讨论了 `GOMAXPROCS` 的作用，并强调了其在解决协程阻塞问题上的局限性，帮助开发者更好地理解和避免 Go 协程阻塞，提升程序性能。
Go 语言的并发模型基于 Goroutine，这是一种轻量级的线程，可以高效地执行并发任务。然而，由于 Go 采用的是协作式调度，不当的使用会导致 Goroutine 阻塞，从而影响程序的整体性能。
协作式调度机制
Go 的 Goroutine 调度器采用协作式调度，这意味着 Goroutine 需要主动让出 CPU 才能使其他 Goroutine 获得执行机会。如果一个 Goroutine 长时间占用 CPU 而不进行任何 I/O 操作或显式地让出 CPU，就会导致其他 Goroutine 无法得到执行，从而造成阻塞。
阻塞示例
以下代码展示了一个 Goroutine 阻塞导致其他 Goroutine 无法执行的例子：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
timeout := make(chan int)
go func() {
time.Sleep(time.Second)
timeout <- 1
}()
res := make(chan int)
go func() {
for {
}
res <- 1
}()
select {
case <-timeout:
fmt.Println("timeout")
case <-res:
fmt.Println("res")
}
}在这个例子中，一个 Goroutine 进入了一个无限循环，并且没有执行任何 I/O 操作或让出 CPU 的操作。这导致 timeout channel 无法接收到值，select 语句一直阻塞在 timeout case 上，程序永远无法输出 "timeout"。
Goroutine 让出 CPU 的场景
以下是一些 Goroutine 会让出 CPU 的常见场景：
- 无缓冲 Channel 的发送/接收操作: 当 Goroutine 尝试向一个无缓冲的 Channel 发送数据时，它会阻塞，直到有另一个 Goroutine 从该 Channel 接收数据。同样，当 Goroutine 尝试从一个无缓冲的 Channel 接收数据时，它会阻塞，直到有另一个 Goroutine 向该 Channel 发送数据。
- 系统调用: 包括文件和网络 I/O 操作，例如读取和写入文件或网络连接。
- 内存分配: 当 Goroutine 需要分配内存时，它可能会让出 CPU，以便垃圾回收器可以运行。
- time.Sleep() 调用: time.Sleep() 函数会使 Goroutine 暂停指定的时间，从而让出 CPU。
- runtime.Gosched() 调用: runtime.Gosched() 函数可以显式地让 Goroutine 让出 CPU，以便其他 Goroutine 可以运行。
手动让出 CPU
在一些 CPU 密集型的循环中，可以通过调用 runtime.Gosched() 函数来手动让出 CPU，避免 Goroutine 长时间占用 CPU 导致其他 Goroutine 无法执行。
例如：
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
done := make(chan bool)
go func() {
for i := 0; i < 1000000000; i++ {
if i%1000000 == 0 {
runtime.Gosched() // 手动让出 CPU
}
}
fmt.Println("Worker goroutine finished")
done <- true
}()
// Main goroutine does some work
for i := 0; i < 5; i++ {
fmt.Println("Main goroutine working...", i)
runtime.Gosched() // 可选：主协程也让出CPU
}
<-done // 等待 worker goroutine 完成
fmt.Println("Program finished")
}在这个例子中，runtime.Gosched() 函数被用于在 CPU 密集型的循环中手动让出 CPU，以便其他 Goroutine 可以运行。
GOMAXPROCS 的作用与局限性
GOMAXPROCS 环境变量用于设置可以同时执行 Goroutine 的最大 CPU 核心数。虽然增加 GOMAXPROCS 的值可以使更多的 Goroutine 并行执行，但它并不能解决 Goroutine 阻塞的问题。
即使有多个 CPU 核心可用，如果一个 Goroutine 长时间占用 CPU 而不进行任何 I/O 操作或显式地让出 CPU，其他 Goroutine 仍然无法得到执行。此外，垃圾回收器在运行时会停止所有 Goroutine，如果 CPU 密集型的 Goroutine 始终不让出 CPU，垃圾回收器可能会被无限期地阻塞。
总结与建议
理解 Go 的协作式调度机制是避免 Goroutine 阻塞的关键。在编写并发程序时，应该注意以下几点：
- 避免长时间占用 CPU 的循环，尽量使用 I/O 操作或显式地让出 CPU。
- 合理使用 Channel 进行 Goroutine 之间的通信和同步。
- 根据实际情况调整 GOMAXPROCS 的值，但不要期望它能解决所有 Goroutine 阻塞的问题。
- 使用 runtime.Gosched() 函数在 CPU 密集型的循环中手动让出 CPU。
- 使用性能分析工具来检测和诊断 Goroutine 阻塞问题。
通过遵循这些建议，可以编写出高效、稳定的 Go 并发程序。
