GOMAXPROCS=1时Go通道发送为何不按协程创建顺序输出？

问题描述 #

设置runtime.GOMAXPROCS(1)后编写Go代码：创建10个foo协程尝试向无缓冲通道c发送数据，之后创建10个接收协程。但输出结果中第一个发送消息的是最后创建的协程9，而非按0到9的顺序输出。已知P>1时多线程调度会导致无序，但疑惑单P场景下为何出现此情况，附上代码及输出：

代码 #

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)
    c := make(chan struct{})
    ok := make(chan int)
    n := 10
    for i := 0; i < n; i++ {
        go foo(i, c, ok)
    }
    time.Sleep(time.Millisecond)
    for i := 0; i < n; i++ {
        go func() {
            <-c
        }()
    }
    time.Sleep(time.Second)
    close(ok)
}

func foo(i int, c chan struct{}, ok chan int) {
    for {
        select {
        case c <- struct{}{}:
            fmt.Printf("%d sendMsg!\n", i)
        case <-ok:
            fmt.Printf("%d closed\n", i)
            return
        }
    }
}

输出 #

9 sendMsg!
0 sendMsg!
1 sendMsg!
2 sendMsg!
3 sendMsg!
4 sendMsg!
5 sendMsg!
6 sendMsg!
7 sendMsg!
8 sendMsg!

原因分析 #

即使设置GOMAXPROCS(1)，Go协程调度器也不保证协程执行顺序与创建顺序一致，核心原因如下：

• 协程创建后的调度时机：循环中创建协程时，主协程不会立刻让出CPU，而是先完成整个循环（创建完10个协程），直到进入time.Sleep时，调度器才开始调度等待的协程。
• 单P下的协程队列调度逻辑：单P场景下，调度器维护的可运行协程队列并非严格遵循先进先出（FIFO）。最后创建的协程9被加入队列末尾，但调度器选取下一个执行协程时，可能从队列尾部优先选择，导致后创建的协程先被调度。
• 无缓冲通道的唤醒策略：所有foo协程启动后，因无接收方会阻塞在通道发送操作上，进入等待队列。当第一个接收协程创建后，通道会唤醒等待发送的协程，而唤醒的选择顺序不遵循协程创建顺序，刚好协程9被第一个选中执行。

简言之，Go协程调度器的设计目标是高效公平调度，本身就不保证协程执行顺序与创建顺序一致，单P场景下同样如此。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Aa troy