1.Java VS Go语言

Java，从源代码到编译成可运行的代码

java组图1

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。

java组图2

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

golang组图1

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

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package main

import "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

编译过程1

从上图可以看到:

  1. import config 导入配置
  2. fmt.a—>对应fmt包
  3. runtime.a—>对应runtime包
  4. compile -o 编译输出到 pkg.a

编译过程2

编译过程2

  1. 创建exe目录
  2. link链接到a.out
  3. 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

  1. 词法检查分析、语法检查分析、语义检查分析)
  2. 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. ssa1
    图2. ssa2
  3. 代码优化
  4. 生成机器码（支持生成.a的文件)
  5. go build -gcflags -S main.go(生成和平台相关的plan9汇编代码）
  6. 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

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TEXT _rt0_amd64_darwin(SB),NOSPLIT,$-8
    JMP	_rt0_amd64(SB)

asm_amd64.s

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TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8
    MOVQ	0(SP), DI	// argc
    LEAQ	8(SP), SI	// argv
    JMP	runtime·rt0_go(SB)

接下来在同名文件中找到

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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

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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。

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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

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CALL	runtime·args(SB)
func args(c int32, v **byte) {
    argc = c
    argv = v
    sysargs(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)

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CALL    runtime·osinit(SB)
func osinit() {
    ncpu = getncpu()
    physPageSize = getPageSize()
}

runtime/proc.go

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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 alginit
    alginit()      // maps, hash, fastrand must not be used before this call
    fastrandinit() // must run before mcommoninit
    mcommoninit(_g_.m, -1)
    modulesinit()   // provides activeModules
    typelinksinit() // uses maps, activeModules
    itabsinit()     // uses activeModules
    stkobjinit()    // must run before GC starts
    ...
    goargs()
    goenvs()
    parsedebugvars()
    gcinit()
}

可以看到上面的代码的操作:

  1. CPU初始化
  2. 栈空间初始化
  3. 堆空间初始化
  4. 命令行参数初始化
  5. 环境变量初始化
  6. GC初始化
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//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:

  1. G0-根协程
  2. runtime.main的主协程
  3. 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)

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// The main goroutine.
func main() {
    g := getg()
    ...
    doInit(&runtime_inittask)
    gcenable()
    fn := main_main 
    fn()
}

从上面看到:

  1. getg() 获取当前的goroutine
  2. 对g做判断和设置操作
  3. 初始化runtime doInit(…)
  4. 启用GC
  5. 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

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