底层逻辑-理解Go语言的本质
1.Java VS Go语言
Java，从源代码到编译成可运行的代码
上图已经展示了这个过程:从Java的源代码编译成jar包或war包(字节码),最终运行在JVM中。
我们把Java源代码编译后的jar包或war包看成是工程师生产出来的产品，操作系统是一个平台，JVM就是中间商，那程序的整体性能也要受到中间商JVM的因素影响了。
- 优点:一次编译，到处运行（windows、linux、macos）
- 缺点:JVM性能损失大。
Go语言，从源代码到编译成可运行的代码
我们把Go语言的源代码编译后，生成二进制文件，直接就可以在操作系统上运行，没有中间商。
优点:
- 直接编译成二进制
- 无需进行虚拟机环境，自动执行
- 一次编写代码，跨平台执行
- 高性能并发能力
2.为什么Go语言运行-“没有中间商”
每种编程语言都有自己的Runtime, 把这个单词拆开来看，Run=运行，Time=时间，简称：运行时。
Go语言的Runtime作用:
- 内存管理
- 协程调度
- 垃圾回收
Go语言的运行时，是和源代码最终编译生成到二进制文件中的。当我们启动二进制文件的时候，运行时也就是一并启动了。
Go语言是如何编译成二进制文件的
package mainimport "fmt"func main() {fmt.Println("面向加薪学习-从0到Go语言微服务架构师")
}
在命令行执行 go build -n(-n含义代表:打印编译时会用到的所有命令，但不真正执行)
编译过程1
从上图可以看到:
- import config 导入配置
- fmt.a—>对应fmt包
- runtime.a—>对应runtime包
- compile -o 编译输出到 pkg.a
编译过程2
- 创建exe目录
- link链接到a.out
- 把a.out该名成menu1
总结:看到上面的过程已经把runtime包放到我们的二进制文件中了。
3.编译过程
在编译原理中，有一个名词:AST(抽象语法树) = Abstract Syntax Tree
1. 把源代码变成文本，然后把每个单词拆分出来
2. 把每个单词变成语法树
3. 类型检查、类型推断、类型匹配、函数调用、逃逸分析
分析阶段
- 词法检查分析、语法检查分析、语义检查分析)
- 生成中间码生成(SSA代码，类似汇编)。
执行export GOSSAFUNC=main,代表你要看main函数的ssa代码,然后执行go build,会生成ssa.html
图1.
图2.
- 代码优化
- 生成机器码（支持生成.a的文件)
- go build -gcflags -S main.go(生成和平台相关的plan9汇编代码）
- 链接（生成可执行二进制文件）
4.Go语言是如何启动的
Go语言启动的时候，Runtime到底发生了什么?
可以到runtime目录中找到rt0_darwin_amd64.s找到这个文件(由于我的电脑是mac，所以找到了这个，其他平台可以找各自的),这是一个汇编文件。
rt0_darwin_amd64.s
TEXT _rt0_amd64_darwin(SB),NOSPLIT,$-8JMP _rt0_amd64(SB)
asm_amd64.s
TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8MOVQ 0(SP), DI // argcLEAQ 8(SP), SI // argvJMP runtime·rt0_go(SB)
接下来在同名文件中找到
TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT|TOPFRAME,$0
它执行
- 在堆栈上复制参数。
- 从给定的（操作系统）堆栈中创建 iStack。
- _cgo_init(可能会更新堆栈保护)
- 收集用到的处理器信息
上面信息就是初始化一个协程G0（这是一个根协程，此时还没有调度器，也就是说不受调度器控制）
接下来是各种平台的检测和判断
CALL runtime·check(SB)
查找代码 在runtime1.go,很亲切的Go语言函数了吧。里面是各种检查。看看都干了啥。
func check() {unsafe.Sizeof(...)unsafe.Offsetof(...)atomic.Cas(...)atomic.Or8()unsafe.Pointer()if _FixedStack != round2(_FixedStack){...} ...
}
上面代码执行了:
- 检查类型长度是否合法
- 检查偏移量是否合法
- 检查CAS执行是否合法
- 检查原子执行是否合法
- 检查指针执行是否合法
- 判断栈大小是否是2的幂次方
接下来
CALL runtime·args(SB)
func args(c int32, v **byte) {argc = cargv = vsysargs(c, v)
}
下面看一下启动顺序:
osinit(操作系统的初始化) -> schedinit(调度器的初始化) -> make & queue new G(新建一个队列G) -> mstart(启动)
CALL runtime·osinit(SB)
func osinit() {ncpu = getncpu()physPageSize = getPageSize()
}
runtime/proc.go
CALL runtime·schedinit(SB)
func schedinit() {...stackinit() //栈空间内存分配mallocinit() //堆内存空间初始化cpuinit() // must run before alginitalginit() // maps, hash, fastrand must not be used before this callfastrandinit() // must run before mcommoninitmcommoninit(_g_.m, -1)modulesinit() // provides activeModulestypelinksinit() // uses maps, activeModulesitabsinit() // uses activeModulesstkobjinit() // must run before GC starts...goargs()goenvs()parsedebugvars()gcinit()
}
可以看到上面的代码的操作:
- CPU初始化
- 栈空间初始化
- 堆空间初始化
- 命令行参数初始化
- 环境变量初始化
- GC初始化
//拿到主函数的地址 ,是$runtime·main的地址，这里还没到我们写的main函数呢MOVQ $runtime·mainPC(SB), AX PUSHQ AX//启动一个新协程CALL runtime·newproc(SB) POPQ AX//启动一个M(可以把M看成是一个中间人，它联系Goroutine和Processor)CALL runtime·mstart(SB)
从上面看到，此时系统里拥有:
- G0-根协程
- runtime.main的主协程
- 启动了M等待调度
runtime.main在runtime/proc.go中(这个是runtime中的main方法，还没到我们自己写的main函数)
// The main goroutine.
func main() {g := getg()...doInit(&runtime_inittask)gcenable()fn := main_main fn()
}
从上面看到:
- getg() 获取当前的goroutine
- 对g做判断和设置操作
- 初始化runtime doInit(…)
- 启用GC
- fn := main_main 这是隐式的调用，因为linker运行时不知道主包的地址。在之前的学习，我们知道编译过程有链接的时候，就会从main_main去找main.main。这个时候，才真正执行到我们程序员写的代码中。 go:linkname main_main main.main