go语言死循环分析

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这是一个创建于的文章，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

最近看了一篇文章，如何定位 golang 进程 hang 死的 bug，里面有这样一段代码：


package main
import (
    "fmt"
    "io"
    "log"
    "net/http"
    "runtime"
    "time"
)
func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
    go server()
    go printNum()
    var i = 1
    for {
        // will block here, and never go out
        i++
    }
    fmt.Println("for loop end")
    time.Sleep(time.Second * 3600)
}
func printNum() {
    i := 0
    for {
        fmt.Println(i)
        i++
    }
}
func HelloServer(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    fmt.Println("hello world")
    io.WriteString(w, "hello, world!\n")
}
func server() {
    http.HandleFunc("/", HelloServer)
    err := http.ListenAndServe(":12345", nil)
    if err != nil {
        log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
    }
}

运行，会发现打印一会儿数字后停了，我们执行


curl localhost:12345

程序卡死。关于程序挂在哪里借助dlv是很好定位的：


dlv debug hang.go

进去之后运行程序，打印停止进入卡死状态，我们执行ctrl C，dlv会显示断开的地方：


received SIGINT, stopping process (will not forward signal)> main.main() ./hang.go:17 (PC: 0x12dd7c8)
    12: func main() {
    13:         runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
    14:         go server()
    15:         go printNum()
    16:         var i = 1
=>  17:         for {
    18:                 // will block here, and never go out
    19:                 i++
    20:         }
    21:         fmt.Println("for loop end")
    22:         time.Sleep(time.Second * 3600)
(dlv)

但是我还是不明白，不明白的地方主要是因为：

我又看了两篇文章Goroutine调度实例简要分析和也谈goroutine调度器，是同一位作者Tony Bai写的，写得非常好。第二篇文章解释了goroutine的调度和cpu数量的关系（不多加解释，建议大家看看），我的mac是双核四线程（这里不明白的同学自行google cpu 超线程），go版本是1.9，理论上讲可以跑4个goroutine而不用考虑死循环，一个死循环最多把一个cpu打死，上面的代码中只有3个goroutine，而且他们看上去都挂住了。
上面说的理论上讲，不是我主观臆测的，我跑了1中第一篇文章中的一个例子:


package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func deadloop() {
    for {
    }
}
func main() {
    go deadloop()
    for {
        time.Sleep(time.Second * 1)
        fmt.Println("I got scheduled!")
    }
}

上面代码有两个goroutine，一个是main goroutine，一个是deadloop goroutine，跑得时候deadloop gouroutine不会对main goroutine造成影响，打印一直在持续，作者的文章解释了原因。

如何定位 golang 进程 hang 死的 bug这篇文章提到了gcwaiting，然而没有解释。

在如何定位 golang 进程 hang 死的 bug有这样一段话：

因为在 for 循环中没有函数调用的话，编译器不会插入调度代码，所以这个执行 for 循环的 goroutine 没有办法被调出，而在循环期间碰到 gc，那么就会卡在 gcwaiting 阶段，并且整个进程永远 hang 死在这个循环上。并不再对外响应。

这个其实就是我们的第一段代码卡死的原因，也是我们第二段代码没有卡死的原因，就是在gc上！

我们再看一篇文章，golang的垃圾回收（GC）机制，这篇文章很短，但每句话都很重要：

设置gcwaiting=1，这个在每一个G任务之前会检查一次这个状态，如是，则会将当前M 休眠；

如果这个M里面正在运行一个长时间的G任务，咋办呢，难道会等待这个G任务自己切换吗？这样的话可要等10ms啊，不能等！坚决不能等！
所以会主动发出抢占标记（类似于上一篇），让当前G任务中断，再运行下一个G任务的时候，就会走到第1步

那么如果这时候运行的是没有函数调用的死循环呢，gc也发出了抢占标记，但是如果死循环没有函数调用，就没有地方被标记，无法被抢占，那就只能设置gcwaiting=1，而M没有休眠，stop the world卡住了（死锁），gcwaiting一直是1，整个程序都卡住了！

这里其实已经解释了第一份代码的现象，第二份代码为什么没有hang住相信大家也能猜到了：代码里没有触发gc！我们来手动触发一下：


package main
import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
    _ "net/http/pprof"
    // "runtime"
    "time"
)
func deadloop() {
    for {
    }
}
func main() {
    go func() {
        log.Println(http.ListenAndServe("localhost:6060", nil))
    }()
    go deadloop()
    i := 3
    for {
        time.Sleep(time.Second * 1)
        i--
        fmt.Println("I got scheduled!")
        if i == 0 {
            runtime.GC()
        }
    }
}

会发现打印了3行之后，程序也卡死了，bingo?

我们来看看gcwaiting是不是等于1:


$ go build hang2.go
$ GODEBUG="schedtrace=300,scheddetail=1" ./hang2
SCHED 2443ms: gomaxprocs=4 idleprocs=3 threads=7 spinningthreads=0 idlethreads=2 runqueue=0 gcwaiting=0 nmidlelocked=0 stopwait=0 sysmonwait=0
  P0: status=1 schedtick=4 syscalltick=5 m=5 runqsize=0 gfreecnt=1
  P1: status=0 schedtick=14 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
  P2: status=0 schedtick=3 syscalltick=4 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
......  
SCHED 2751ms: gomaxprocs=4 idleprocs=0 threads=7 spinningthreads=0 idlethreads=2 runqueue=0 gcwaiting=1 nmidlelocked=0 stopwait=1 sysmonwait=0
  P0: status=1 schedtick=4 syscalltick=5 m=5 runqsize=0 gfreecnt=1
  P1: status=3 schedtick=14 syscalltick=0 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
  P2: status=3 schedtick=3 syscalltick=10 m=-1 runqsize=0 gfreecnt=0
  P3: status=3 schedtick=1 syscalltick=26 m=0 runqsize=0 gfreecnt=0
  M6: p=-1 curg=-1 mallocing=0 throwing=0 preemptoff= locks=0 dying=0 helpgc=0 spinning=false blocked=false lockedg=-1
  M5: p=0 curg=19 mallocing=0 throwing=0 preemptoff= locks=0 dying=0 helpg

代码诚不欺我也！