深入理解 Go panic and recover
作为一个 gophper，我相信你对于 panic 和 recover 肯定不陌生，但是你有没有想过。当我们执行了这两条语句之后。底层到底发生了什么事呢？前几天和同事刚好聊到相关的话题，发现其实大家对这块理解还是比较模糊的。希望这篇文章能够从更深入的角度告诉你为什么，它到底做了什么事？
思考
一、为什么会中止运行
func main() {
panic("EDDYCJY.")
}
输出结果：
$ go run main.go
panic: EDDYCJY.
goroutine 1 [running]:
main.main()
/Users/eddycjy/go/src/github.com/EDDYCJY/awesomeProject/main.go:4 +0x39
exit status 2
请思考一下，为什么执行 panic 后会导致应用程序运行中止？（而不是单单说执行了 panic 所以就结束了这么含糊）
二、为什么不会中止运行
func main() {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
log.Printf("recover: %v", err)
}
}()
panic("EDDYCJY.")
}
输出结果：
$ go run main.go
2019/05/11 23:39:47 recover: EDDYCJY.
请思考一下，为什么加上 defer + recover 组合就可以保护应用程序？
三、不设置 defer 行不
上面问题二是 defer + recover 组合，那我去掉 defer 是不是也可以呢？如下：
func main() {
if err := recover(); err != nil {
log.Printf("recover: %v", err)
}
panic("EDDYCJY.")
}
输出结果：
$ go run main.go
panic: EDDYCJY.
goroutine 1 [running]:
main.main()
/Users/eddycjy/go/src/github.com/EDDYCJY/awesomeProject/main.go:10 +0xa1
exit status 2
竟然不行，啊呀毕竟入门教程都写的 defer + recover 组合 “万能” 捕获。但是为什么呢。去掉 defer 后为什么就无法捕获了？
请思考一下，为什么需要设置 defer 后 recover 才能起作用？
同时你还需要仔细想想，我们设置 defer + recover 组合后就能无忧无虑了吗，各种 “乱” 写了吗？
四、为什么起个 goroutine 就不行
func main() {
go func() {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
log.Printf("recover: %v", err)
}
}()
}()
panic("EDDYCJY.")
}
输出结果：
$ go run main.go
panic: EDDYCJY.
goroutine 1 [running]:
main.main()
/Users/eddycjy/go/src/github.com/EDDYCJY/awesomeProject/main.go:14 +0x51
exit status 2
请思考一下，为什么新起了一个 Goroutine 就无法捕获到异常了？到底发生了什么事...
源码
接下来我们将带着上述 4+1 个小思考题，开始对源码的剖析和分析，尝试从阅读源码中找到思考题的答案和更多为什么
数据结构
type _panic struct {
argp unsafe.Pointer
arg interface{}
link *_panic
recovered bool
aborted bool
}
在 panic 中是使用 _panic 作为其基础单元的，每执行一次 panic 语句，都会创建一个 _panic。它包含了一些基础的字段用于存储当前的 panic 调用情况，涉及的字段如下：
- argp：指向
defer延迟调用的参数的指针 - arg：
panic的原因，也就是调用panic时传入的参数 - link：指向上一个调用的
_panic - recovered：
panic是否已经被处理，也就是是否被recover - aborted：
panic是否被中止
另外通过查看 link 字段，可得知其是一个链表的数据结构，如下图：
恐慌 panic
func main() {
panic("EDDYCJY.")
}
输出结果：
$ go run main.go
panic: EDDYCJY.
goroutine 1 [running]:
main.main()
/Users/eddycjy/go/src/github.com/EDDYCJY/awesomeProject/main.go:4 +0x39
exit status 2
我们去反查一下 panic 处理具体逻辑的地方在哪，如下：
$ go tool compile -S main.go
"".main STEXT size=66 args=0x0 locals=0x18
0x0000 00000 (main.go:23) TEXT "".main(SB), ABIInternal, $24-0
0x0000 00000 (main.go:23) MOVQ (TLS), CX
0x0009 00009 (main.go:23) CMPQ SP, 16(CX)
...
0x002f 00047 (main.go:24) PCDATA $2, $0
0x002f 00047 (main.go:24) MOVQ AX, 8(SP)
0x0034 00052 (main.go:24) CALL runtime.gopanic(SB)
显然汇编代码直指内部实现是 runtime.gopanic，我们一起来看看这个方法做了什么事，如下（省略了部分）：
func gopanic(e interface{}) {
gp := getg()
...
var p _panic
p.arg = e
p.link = gp._panic
gp._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p)))
for {
d := gp._defer
if d == nil {
break
}
// defer...
...
d._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p)))
p.argp = unsafe.Pointer(getargp(0))
reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz))
p.argp = nil
// recover...
if p.recovered {
...
mcall(recovery)
throw("recovery failed") // mcall should not return
}
}
preprintpanics(gp._panic)
fatalpanic(gp._panic) // should not return
*(*int)(nil) = 0 // not reached
}
- 获取指向当前
Goroutine的指针 - 初始化一个
panic的基本单位_panic用作后续的操作 - 获取当前
Goroutine上挂载的_defer（数据结构也是链表） - 若当前存在
defer调用，则调用reflectcall方法去执行先前defer中延迟执行的代码，若在执行过程中需要运行recover将会调用gorecover方法 - 结束前，使用
preprintpanics方法打印出所涉及的panic消息 - 最后调用
fatalpanic中止应用程序，实际是执行exit(2)进行最终退出行为的
通过对上述代码的执行分析，可得知 panic 方法实际上就是处理当前 Goroutine(g) 上所挂载的 ._panic 链表（所以无法对其他 Goroutine 的异常事件响应），然后对其所属的 defer 链表和 recover 进行检测并处理，最后调用退出命令中止应用程序
无法恢复的恐慌 fatalpanic
func fatalpanic(msgs *_panic) {
pc := getcallerpc()
sp := getcallersp()
gp := getg()
var docrash bool
systemstack(func() {
if startpanic_m() && msgs != nil {
...
printpanics(msgs)
}
docrash = dopanic_m(gp, pc, sp)
})
systemstack(func() {
exit(2)
})
*(*int)(nil) = 0
}
我们看到在异常处理的最后会执行该方法，似乎它承担了所有收尾工作。实际呢，它是在最后对程序执行 exit 指令来达到中止运行的作用，但在结束前它会通过 printpanics 递归输出所有的异常消息及参数。代码如下：
func printpanics(p *_panic) {
if p.link != nil {
printpanics(p.link)
print("\t")
}
print("panic: ")
printany(p.arg)
if p.recovered {
print(" [recovered]")
}
print("\n")
}
所以不要以为所有的异常都能够被 recover 到，实际上像 fatal error 和 runtime.throw 都是无法被 recover 到的，甚至是 oom 也是直接中止程序的，也有反手就给你来个 exit(2) 教做人。因此在写代码时你应该要相对注意些，“恐慌” 是存在无法恢复的场景的
恢复 recover
func main() {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
log.Printf("recover: %v", err)
}
}()
panic("EDDYCJY.")
}
输出结果：
$ go run main.go
2019/05/11 23:39:47 recover: EDDYCJY.
和预期一致，成功捕获到了异常。但是 recover 是怎么恢复 panic 的呢？再看看汇编代码，如下：
$ go tool compile -S main.go
"".main STEXT size=110 args=0x0 locals=0x18
0x0000 00000 (main.go:5) TEXT "".main(SB), ABIInternal, $24-0
...
0x0024 00036 (main.go:6) LEAQ "".main.func1·f(SB), AX
0x002b 00043 (main.go:6) PCDATA $2, $0
0x002b 00043 (main.go:6) MOVQ AX, 8(SP)
0x0030 00048 (main.go:6) CALL runtime.deferproc(SB)
...
0x0050 00080 (main.go:12) CALL runtime.gopanic(SB)
0x0055 00085 (main.go:12) UNDEF
0x0057 00087 (main.go:6) XCHGL AX, AX
0x0058 00088 (main.go:6) CALL runtime.deferreturn(SB)
...
0x0022 00034 (main.go:7) MOVQ AX, (SP)
0x0026 00038 (main.go:7) CALL runtime.gorecover(SB)
0x002b 00043 (main.go:7) PCDATA $2, $1
0x002b 00043 (main.go:7) MOVQ 16(SP), AX
0x0030 00048 (main.go:7) MOVQ 8(SP), CX
...
0x0056 00086 (main.go:8) LEAQ go.string."recover: %v"(SB), AX
...
0x0086 00134 (main.go:8) CALL log.Printf(SB)
...
通过分析底层调用，可得知主要是如下几个方法：
- runtime.deferproc
- runtime.gopanic
- runtime.deferreturn
- runtime.gorecover
在上小节中，我们讲述了简单的流程，gopanic 方法会调用当前 Goroutine 下的 defer 链表，若 reflectcall 执行中遇到 recover 就会调用 gorecover 进行处理，该方法代码如下：
func gorecover(argp uintptr) interface{} {
gp := getg()
p := gp._panic
if p != nil && !p.recovered && argp == uintptr(p.argp) {
p.recovered = true
return p.arg
}
return nil
}
这代码，看上去挺简单的，核心就是修改 recovered 字段。该字段是用于标识当前 panic 是否已经被 recover 处理。但是这和我们想象的并不一样啊，程序是怎么从 panic 流转回去的呢？是不是在核心方法里处理了呢？我们再看看 gopanic 的代码，如下：
func gopanic(e interface{}) {
...
for {
// defer...
...
pc := d.pc
sp := unsafe.Pointer(d.sp) // must be pointer so it gets adjusted during stack copy
freedefer(d)
// recover...
if p.recovered {
atomic.Xadd(&runningPanicDefers, -1)
gp._panic = p.link
for gp._panic != nil && gp._panic.aborted {
gp._panic = gp._panic.link
}
if gp._panic == nil {
gp.sig = 0
}
gp.sigcode0 = uintptr(sp)
gp.sigcode1 = pc
mcall(recovery)
throw("recovery failed")
}
}
...
}
我们回到 gopanic 方法中再仔细看看，发现实际上是包含对 recover 流转的处理代码的。恢复流程如下：
- 判断当前
_panic中的recover是否已标注为处理 - 从
_panic链表中删除已标注中止的panic事件，也就是删除已经被恢复的panic事件 - 将相关需要恢复的栈帧信息传递给
recovery方法的gp参数（每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量） - 执行
recovery进行恢复动作
从流程来看，最核心的是 recovery 方法。它承担了异常流转控制的职责。代码如下：
func recovery(gp *g) {
sp := gp.sigcode0
pc := gp.sigcode1
if sp != 0 && (sp < gp.stack.lo || gp.stack.hi < sp) {
print("recover: ", hex(sp), " not in [", hex(gp.stack.lo), ", ", hex(gp.stack.hi), "]\n")
throw("bad recovery")
}
gp.sched.sp = sp
gp.sched.pc = pc
gp.sched.lr = 0
gp.sched.ret = 1
gogo(&gp.sched)
}
粗略一看，似乎就是很简单的设置了一些值？但实际上设置的是编译器中伪寄存器的值，常常被用于维护上下文等。在这里我们需要结合 gopanic 方法一同观察 recovery 方法。它所使用的栈指针 sp 和程序计数器 pc 是由当前 defer 在调用流程中的 deferproc 传递下来的，因此实际上最后是通过 gogo 方法跳回了 deferproc 方法。另外我们注意到：
gp.sched.ret = 1
在底层中程序将 gp.sched.ret 设置为了 1，也就是没有实际调用 deferproc 方法，直接修改了其返回值。意味着默认它已经处理完成。直接转移到 deferproc 方法的下一条指令去。至此为止，异常状态的流转控制就已经结束了。接下来就是继续走 defer 的流程了
为了验证这个想法，我们可以看一下核心的跳转方法 gogo ，代码如下：
// void gogo(Gobuf*)
// restore state from Gobuf; longjmp
TEXT runtime·gogo(SB),NOSPLIT,$8-4
MOVW buf+0(FP), R1
MOVW gobuf_g(R1), R0
BL setg<>(SB)
MOVW gobuf_sp(R1), R13 // restore SP==R13
MOVW gobuf_lr(R1), LR
MOVW gobuf_ret(R1), R0
MOVW gobuf_ctxt(R1), R7
MOVW $0, R11
MOVW R11, gobuf_sp(R1) // clear to help garbage collector
MOVW R11, gobuf_ret(R1)
MOVW R11, gobuf_lr(R1)
MOVW R11, gobuf_ctxt(R1)
MOVW gobuf_pc(R1), R11
CMP R11, R11 // set condition codes for == test, needed by stack split
B (R11)
通过查看代码可得知其主要作用是从 Gobuf 恢复状态。简单来讲就是将寄存器的值修改为对应 Goroutine(g) 的值，而在文中讲了很多次的 Gobuf，如下：
type gobuf struct {
sp uintptr
pc uintptr
g guintptr
ctxt unsafe.Pointer
ret sys.Uintreg
lr uintptr
bp uintptr
}
讲道理，其实它存储的就是 Goroutine 切换上下文时所需要的一些东西
拓展
const(
OPANIC // panic(Left)
ORECOVER // recover()
...
)
...
func walkexpr(n *Node, init *Nodes) *Node {
...
switch n.Op {
default:
Dump("walk", n)
Fatalf("walkexpr: switch 1 unknown op %+S", n)
case ONONAME, OINDREGSP, OEMPTY, OGETG:
case OTYPE, ONAME, OLITERAL:
...
case OPANIC:
n = mkcall("gopanic", nil, init, n.Left)
case ORECOVER:
n = mkcall("gorecover", n.Type, init, nod(OADDR, nodfp, nil))
...
}
实际上在调用 panic 和 recover 关键字时，是在编译阶段先转换为相应的 OPCODE 后，再由编译器转换为对应的运行时方法。并不是你所想像那样一步到位，有兴趣的小伙伴可以研究一下
总结
本文主要针对 panic 和 recover 关键字进行了深入源码的剖析，而开头的 4+1 个思考题，就是希望您能够带着疑问去学习，达到事半功倍的功效
另外本文和 defer 有一定的关联性，因此需要有一定的基础知识。若刚刚看的时候这部分不理解，学习后可以再读一遍加深印象
在最后，现在的你可以回答这几个思考题了吗？说出来了才是真的懂 ：）
有疑问加站长微信联系（非本文作者）
