閒聊
Go 語言寫起來相當愉快，除了冗長的if err != nil檢查之外。其樂趣的根本原因之一是goroutine，這是 Go 語言的核心特性。深入了解 goroutines 是值得的，因為它們極大地提升了使用 Go 語言的樂趣。因此，讓我們來談談 goroutines，希望能為讀者提供一些見解。
TL;DR：我們將從組裝電腦開始，然後深入探討作業系統的一些概念，例如程序和線程，然後再探討 goroutines 本身。
組裝電腦
讓我們專注於桌上型電腦，而不是筆記型電腦。想想桌上型電腦的常見組件：顯示器、鍵盤、滑鼠和中央處理單元。現在，讓我們仔細看看中央處理單元，它通常包含幾個必要的組件：主機板、CPU、顯示卡（發燒友通常選擇獨立顯示卡，而預算有限的用戶則經常依靠 CPU 中的整合顯示卡 :( ）、硬碟和記憶體模組。
讓我們注意 CPU 和記憶體模組。從 CPU 的示意圖開始：
CPU 如何運作？CPU 就像一個傻瓜；它有一組固定的指令集。我們從集合中選擇一些指令，將它們排列起來，然後將它們提供給 CPU。它會乖乖地執行它們，當被告知向東走時就向東走，當被告知向西走時就向西走。CPU 主要由兩個組件組成：算術邏輯單元 (ALU) 和控制單元。這兩個組件包含各種專用的暫存器。
讓我們考慮運算1 + 1 = 2：
- 從記憶體中取出 1 並將其儲存到暫存器 A 中。
- 從記憶體中取出另一個 1 並將其儲存到暫存器 B 中。
- 執行加法運算並將結果寫入暫存器 A。
- 將暫存器 A 中的結果複製到儲存結果的記憶體位置。
現在，讓我們看看字串串聯，例如"hello" + "world" = "helloworld"：
- 從記憶體中取出字串 "hello" 並計算其長度 (5)。
- 從記憶體中取出字串 "world" 並計算其長度 (5)。
- 將長度相加並配置一個大小合適的記憶體區塊（某處）。
- 將 "hello" 複製到配置的記憶體（某處）的前 5 個槽中。
- 將 "world" 複製到配置的記憶體（某處）的槽 6-10 中。
- 返回配置的記憶體（某處）的地址。
CPU 是否正是這樣執行這些運算的？就具體的低階細節而言，並非完全如此，因為它處理的是 0 和 1 的塊。但是，從抽象的角度來看，是的。所有馮·諾伊曼架構系統，包括 Intel 和 ARM 等特定 CPU 架構，以及 JVM 和 Python 的eval.c中龐大的switch...case..（因為虛擬機器模擬物理 CPU）等虛擬機器，都遵循類似的過程。
現在我們了解了 CPU 的運作方式，讓我們來探討作業系統的一些概念。
安裝作業系統
該安裝系統了；這令人緊張。經過幾個步驟後，Linux 啟動並運行了。但是為什麼我們需要作業系統呢？沒有它，程式設計師的生活將充滿挑戰，需要執行以下任務：
- 學習購買的 CPU 的指令集並閱讀手冊。
- 檢查硬碟的前 512 個位元組以了解分割。
- 在 1024 個位元組處找到所需的程式並將其載入記憶體。
- 意識到記憶體太小，只載入程式的一部分。
- 嘗試一個簡單的運算，例如 1+1=2，但意外地覆蓋了另一個程式。
- 重新啟動並重新開始。
幸運的是，在過去幾十年中，優秀的程式設計師開發了作業系統，使我們免於這些困難。
如前所述，我們的程式駐留在硬碟上。要執行它們，我們必須將程式從硬碟讀入記憶體，然後執行特定的指令。如果我要編寫作業系統，我會將程式的所有資訊組織到一個地方以便於管理。它看起來像這樣：
type process struct {
instructions unsafe.Pointer;
instruction_size int64;
current_offset int64; // 目前執行指令的偏移量
};這就是一個程序。讓我們看看 Linux 中程序的記憶體佈局：
然而，後來人們發現程序似乎有點太大。因此，出現了線程的概念。以下是 Linux 中線程的記憶體佈局：
我們只解釋程序的記憶體佈局；讀者可以自行了解線程的記憶體佈局。查看程序的記憶體佈局圖，有幾個概念：
text：這些是前面提到的指令；這是我們的程式碼，編譯後生成的指令。data：這包括在程式碼中初始化的變數，例如int i = 1。bss：這是用於程式碼中未初始化的變數，例如int a。heap：我們稍後會討論堆。stack：我們稍後會討論堆疊。
首先，讓我們想想為什麼需要堆疊。堆疊資料結構的特點是後進先出 (LIFO)，對吧？這正是函數調用的運作方式，不是嗎？例如：
func foo() {
println("foo")
}
func main() {
foo()
}這段程式碼的執行順序無疑是main先執行，然後是foo，然後是println，println返回，foo返回，最後，由於main中沒有其他程式碼，它也返回。
你看到了嗎？main 是第一個被調用的函數，但它是最後一個返回的（就目前而言，讓我們暫時忽略執行時中的其他程式碼）。在函數調用堆疊中，每個函數調用都放在一個稱為框架的資料結構中。
讓我們重建上述函數調用過程（就其在記憶體中的表示而言）：
首先，執行時中的函數調用 main 函數：
| runtime | main
然後，main 函數調用 foo：
| runtime | main | foo
接下來，foo 函數調用 println：
| runtime | main | foo | println
之後，println 返回：
| runtime | main | foo
然後，foo 返回：
| runtime | main
最後，main 返回：
| runtime
如你所見，函數返回後，函數中存在的變數和其他資料就不再存在了（從技術上講，它們仍然存在，但通常，行為良好的程式不會訪問它們）。那麼，如果我們有一些不想在函數返回後丟失的東西呢？換句話說，我們希望某些資料獨立於函數調用生命週期。這就是我們的堆發揮作用的地方。
堆的存在就是為了這個目的。程式碼配置的哪種類型的記憶體最終會進入堆？如果是 C 程式碼，則由 malloc 配置的記憶體最終會進入堆。如果是 Go 語言，則在逃逸分析之後，類似於：
func open(name string) (*os.File, error) {
f := &File{}
return f
}函數f將在堆上配置。為什麼？如果f在堆疊上配置，則在 open 函數返回後它將消失。呼叫者如何愉快地繼續使用它？了解了這一點，讓我們現在看看 goroutines。
Goroutine
Go 語言最初是用 C 語言編寫的，後來用 Go 語言實現了自己的引導程式。現在，讓我們想想，如果我們要自己實現 goroutines，我們該怎麼做？
等等！什麼是 goroutine？我們還沒有說明這一點。Go 中的 goroutine 是一種協程。簡單來說，協程是由使用者而不是作業系統排程的最小執行單元。線程，正如我們所知，是由作業系統排程的最小單元。協程是由程式設計師手動排程的最小執行單元。它們類似於函數調用，但關鍵區別是多個協程可以儲存它們的狀態，而在函數調用中，一旦函數退出，狀態就會丟失。
所以，我們當然不能使用作業系統配置的堆疊，對吧？但是函數必須有一個堆疊才能執行。因此，我們在堆中配置一塊記憶體並將其用作堆疊。這樣應該可以工作，對吧？這就是為什麼 goroutine 的結構看起來像這樣：
type g struct {
// 堆疊參數。
// stack 描述實際的堆疊記憶體：[stack.lo, stack.hi)。
// stackguard0 是在 Go 堆疊增長序言中比較的堆疊指標。
// 它通常是 stack.lo+StackGuard，但可以是 StackPreempt 以觸發搶佔。
// stackguard1 是在 C 堆疊增長序言中比較的堆疊指標。
// 它在 g0 和 gsignal 堆疊上是 stack.lo+StackGuard。
// 它在其他 goroutine 堆疊上是 ~0，以觸發對 morestackc 的調用（並崩潰）。
stack stack // runtime/cgo 已知的偏移量
stackguard0 uintptr // liblink 已知的偏移量
stackguard1 uintptr // liblink 已知的偏移量
_panic *_panic // 最內層的 panic - liblink 已知的偏移量
_defer *_defer // 最內層的 defer
m *m // 目前的 m；arm liblink 已知的偏移量
sched gobuf
...
}Go 語言使用 GMP 架構實現 goroutines。
如前所述，馮·諾伊曼架構依賴於這些元素。堆疊和堆等東西對於實現狀態轉換是必要的。由於 goroutine 是程式設計師可以排程的最小單元，因此它應該有自己的堆疊和堆。堆可以在程序中的多個線程之間共享，但每個線程都有自己的堆疊，防止共享使用。因此，我們在堆中配置一塊記憶體來作為 goroutines 的堆疊。這就是 goroutines 的本質。
