题记
Go 语言自发布以来,一直以高性能、高并发著称。因为标准库提供了 http 包,即使刚学不久的程序员,也能轻松写出 http 服务程序。
不过,任何事情都有两面性。一门语言,有它值得骄傲的有点,也必定隐藏了不少坑。新手若不知道这些坑,很容易就会掉进坑里。《 Go 语言踩坑记》系列博文将以 Go 语言中的 panic
与 recover
开头,给大家介绍笔者踩过的各种坑,以及填坑方法。
初识 panic 和 recover
panic
panic
这个词,在英语中具有恐慌、恐慌的
等意思。从字面意思理解的话,在 Go 语言中,代表极其严重的问题,程序员最害怕出现的问题。一旦出现,就意味着程序的结束并退出。Go 语言中panic
关键字主要用于主动抛出异常,类似java
等语言中的throw
关键字。recover
recover
这个词,在英语中具有恢复、复原
等意思。从字面意思理解的话,在 Go 语言中,代表将程序状态从严重的错误中恢复到正常状态。Go语言中recover
关键字主要用于捕获异常,让程序回到正常状态,类似java
等语言中的try ... catch
。
笔者有过 6 年 linux 系统 C 语言开发经历。C 语言中没有异常捕获的概念,没有 try ... catch
,也没有 panic
和 recover
。不过,万变不离其宗,异常与 if error then return
方式的差别,主要体现在函数调用栈的深度上。如下图:
正常逻辑下的函数调用栈,是逐个回溯的,而异常捕获可以理解为:程序调用栈的长距离跳转。这点在 C 语言里,是通过 setjump
和 longjump
这两个函数来实现的。例如以下代码:
#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>
static jmp_buf env;
double divide(double to, double by)
{
if(by == 0)
{
longjmp(env, 1);
}
return to / by;
}
void test_divide()
{
divide(2, 0);
printf("done\n");
}
int main()
{
if (setjmp(env) == 0)
{
test_divide();
}
else
{
printf("Cannot / 0\n");
return -1;
}
return 0;
}
复制代码
由于发生了长距离跳转,直接从 divide
函数内跳转到 main
函数内,中断了正常的执行流,以上代码编译后将输出 Cannot / 0
而不会输出 done
。是不是很神奇?
try catch
、 recover
、setjump
等机制会将程序当前状态(主要是 cpu 的栈指针寄存器 sp 和程序计数器 pc , Go 的 recover
是依赖 defer
来维护 sp 和 pc )保存到一个与 throw
、panic
、longjump
共享的内存里。当有异常的时候,从该内存中提取之前保存的sp和pc寄存器值,直接将函数栈调回到sp指向的位置,并执行ip寄存器指向的下一条指令,将程序从异常状态中恢复到正常状态。
深入 panic 和 recover
源码
panic
和 recover
的源码在 Go 源码的 src/runtime/panic.go
里,名为 gopanic
和 gorecover
的函数。
// gopanic 的代码,在 src/runtime/panic.go 第 454 行
// 预定义函数 panic 的实现
func gopanic(e interface{}) {
gp := getg()
if gp.m.curg != gp {
print("panic: ")
printany(e)
print("\n")
throw("panic on system stack")
}
if gp.m.mallocing != 0 {
print("panic: ")
printany(e)
print("\n")
throw("panic during malloc")
}
if gp.m.preemptoff != "" {
print("panic: ")
printany(e)
print("\n")
print("preempt off reason: ")
print(gp.m.preemptoff)
print("\n")
throw("panic during preemptoff")
}
if gp.m.locks != 0 {
print("panic: ")
printany(e)
print("\n")
throw("panic holding locks")
}
var p _panic
p.arg = e
p.link = gp._panic
gp._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p)))
atomic.Xadd(&runningPanicDefers, 1)
for {
d := gp._defer
if d == nil {
break
}
// 如果触发 defer 的 panic 是在前一个 panic 或者 Goexit 的 defer 中触发的,那么将前一个 defer 从列表中去除。前一个 panic 或者 Goexit 将不再继续执行。
if d.started {
if d._panic != nil {
d._panic.aborted = true
}
d._panic = nil
d.fn = nil
gp._defer = d.link
freedefer(d)
continue
}
// 将 defer 标记为 started,但是保留在列表上,这样,如果在 reflectcall 开始执行 d.fn 之前发生了堆栈增长或垃圾回收,则 traceback 可以找到并更新 defer 的参数帧。
d.started = true
// 将正在执行 defer 的 panic 保存下来。如果在该 panic 的 defer 函数中触发了新的 panic ,则新 panic 在列表中将会找到 d 并将 d._panic 标记为 aborted 。
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
// reflectcall 不会 panic,移除 d 。
if gp._defer != d {
throw("bad defer entry in panic")
}
d._panic = nil
d.fn = nil
gp._defer = d.link
// 这里用 GC() 来触发堆栈收缩以测试堆栈拷贝。由于是测试代码,所以注释掉了。参考 stack_test.go:TestStackPanic
//GC()
pc := d.pc
sp := unsafe.Pointer(d.sp) // 必须是指针,以便在堆栈复制期间进行调整
// defer 处理函数的内存是动态分配的,在执行完后需要释放内存。所以,如果 defer 一直得不到执行(比如在死循环中一直创建 defer),将会导致内存泄露
freedefer(d)
if p.recovered {
atomic.Xadd(&runningPanicDefers, -1)
gp._panic = p.link
// 已退出的 panic 已经被标记,但还遗留在 g.panic 列表里,从列表里移除他们。
for gp._panic != nil && gp._panic.aborted {
gp._panic = gp._panic.link
}
if gp._panic == nil { // must be done with signal
gp.sig = 0
}
// 将正在恢复的栈帧传给 recovery。
gp.sigcode0 = uintptr(sp)
gp.sigcode1 = pc
mcall(recovery)
throw("recovery failed") // mcall 不应该返回
}
}
// 如果所有的 defer 都遍历完毕,意味着没有 recover(前面提到,mcall 执行 recovery 是不返回的),继续执行 panic 后续流程,如:输出调用栈信息和错误信息
// 由于在冻结世界之后调用任意用户代码是不安全的,因此我们调用preprintpanics来调用所有必要的Error和String方法以在startpanic之前准备 panic 输出的字符串。
preprintpanics(gp._panic)
fatalpanic(gp._panic) // 不应该返回
*(*int)(nil) = 0 // 因为 fatalpanic 不应该返回,正常情况下这里不会执行。如果执行到了,这行代码将触发 panic
}
复制代码
// gorecover 的代码,在 src/runtime/panic.go 第 585 行
// 预定义函数 recover 的实现。
// 无法拆分堆栈,因为它需要可靠地找到其调用方的堆栈段。
//
// TODO(rsc): Once we commit to CopyStackAlways,
// this doesn't need to be nosplit.
//go:nosplit
func gorecover(argp uintptr) interface{} {
// 在处理 panic 的时候,recover 函数的调用必须放在 defer 的顶层处理函数中。
// p.argp 是最顶层的延迟函数调用的参数指针,与调用方传递的argp进行比较,如果一致,则该调用方是可以恢复的。
gp := getg()
p := gp._panic
if p != nil && !p.recovered && argp == uintptr(p.argp) {
p.recovered = true
return p.arg
}
return nil
}
复制代码
从函数代码中我们可以看到 panic
内部主要流程是这样:
- 获取当前调用者所在的
g
,也就是goroutine
- 遍历并执行
g
中的defer
函数 - 如果
defer
函数中有调用recover
,并发现已经发生了panic
,则将panic
标记为recovered
- 在遍历
defer
的过程中,如果发现已经被标记为recovered
,则提取出该defer
的 sp 与 pc,保存在g
的两个状态码字段中。 - 调用
runtime.mcall
切到m->g0
并跳转到recovery
函数,将前面获取的g
作为参数传给recovery
函数。runtime.mcall
的代码在 go 源码的src/runtime/asm_xxx.s
中,xxx
是平台类型,如amd64
。代码如下:// src/runtime/asm_amd64.s 第 274 行 // func mcall(fn func(*g)) // Switch to m->g0's stack, call fn(g). // Fn must never return. It should gogo(&g->sched) // to keep running g. TEXT runtime·mcall(SB), NOSPLIT, $0-8 MOVQ fn+0(FP), DI get_tls(CX) MOVQ g(CX), AX // save state in g->sched MOVQ 0(SP), BX // caller's PC MOVQ BX, (g_sched+gobuf_pc)(AX) LEAQ fn+0(FP), BX // caller's SP MOVQ BX, (g_sched+gobuf_sp)(AX) MOVQ AX, (g_sched+gobuf_g)(AX) MOVQ BP, (g_sched+gobuf_bp)(AX) // switch to m->g0 & its stack, call fn MOVQ g(CX), BX MOVQ g_m(BX), BX MOVQ m_g0(BX), SI CMPQ SI, AX // if g == m->g0 call badmcall JNE 3(PC) MOVQ $runtime·badmcall(SB), AX JMP AX MOVQ SI, g(CX) // g = m->g0 MOVQ (g_sched+gobuf_sp)(SI), SP // sp = m->g0->sched.sp PUSHQ AX MOVQ DI, DX MOVQ 0(DI), DI CALL DI POPQ AX MOVQ $runtime·badmcall2(SB), AX JMP AX RET 复制代码
这里之所以要切到 m->g0
,主要是因为 Go 的 runtime
环境是有自己的堆栈和 goroutine
,而 recovery
是在 runtime
环境下执行的,所以要先调度到 m->g0
来执行 recovery
函数。
recovery
函数中,利用g
中的两个状态码回溯栈指针 sp 并恢复程序计数器 pc 到调度器中,并调用gogo
重新调度g
,将g
恢复到调用recover
函数的位置, goroutine 继续执行。 代码如下:// gorecover 的代码,在 src/runtime/panic.go 第 637 行 // 在 panic 后,在延迟函数中调用 recover 的时候,将回溯堆栈,并且继续执行,就像延迟函数的调用者正常返回一样。 func recovery(gp *g) { // Info about defer passed in G struct. sp := gp.sigcode0 pc := gp.sigcode1 // 延迟函数的参数必须已经保存在堆栈中了(这里通过判断 sp 是否处于栈内存地址的范围内来保障参数的正确处理) 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") } // 让延迟函数的 deferproc 再次返回,这次返回 1 。调用函数将跳转到标准返回结尾。 gp.sched.sp = sp gp.sched.pc = pc gp.sched.lr = 0 gp.sched.ret = 1 gogo(&gp.sched) } 复制代码
// src/runtime/asm_amd64.s 第 274 行 // func gogo(buf *gobuf) // restore state from Gobuf; longjmp TEXT runtime·gogo(SB), NOSPLIT, $16-8 MOVQ buf+0(FP), BX // gobuf MOVQ gobuf_g(BX), DX MOVQ 0(DX), CX // make sure g != nil get_tls(CX) MOVQ DX, g(CX) MOVQ gobuf_sp(BX), SP // 从 gobuf 中恢复 SP ,以便后面做跳转 MOVQ gobuf_ret(BX), AX MOVQ gobuf_ctxt(BX), DX MOVQ gobuf_bp(BX), BP MOVQ $0, gobuf_sp(BX) // 这里开始清理 gobuf ,以便垃圾回收。 MOVQ $0, gobuf_ret(BX) MOVQ $0, gobuf_ctxt(BX) MOVQ $0, gobuf_bp(BX) MOVQ gobuf_pc(BX), BX // 从 gobuf 中恢复 pc ,以便跳转 JMP BX 复制代码
以上便是 Go 底层处理异常的流程,精简为三步便是:
defer
函数中调用recover
- 触发
panic
并切到runtime
环境获取在defer
中调用了recover
的g
的 sp 和 pc - 恢复到
defer
中recover
后面的处理逻辑
都有哪些坑
前面提到,panic
函数主要用于主动触发异常。我们在实现业务代码的时候,在程序启动阶段,如果资源初始化出错,可以主动调用 panic
立即结束程序。对于新手来说,这没什么问题,很容易做到。
但是,现实往往是残酷的—— Go 的 runtime
代码中很多地方都调用了 panic
函数,对于不了解 Go 底层实现的新人来说,这无疑是挖了一堆深坑。如果不熟悉这些坑,是不可能写出健壮的 Go 代码。
接下来,笔者给大家细数下都有哪些坑。
-
数组( slice )下标越界
这个比较好理解,对于静态类型语言,数组下标越界是致命错误。如下代码可以验证:
package main import ( "fmt" ) func foo(){ defer func(){ if err := recover(); err != nil { fmt.Println(err) } }() var bar = []int{1} fmt.Println(bar[1]) } func main(){ foo() fmt.Println("exit") } 复制代码
输出:
runtime error: index out of range exit 复制代码
因为代码中用了
recover
,程序得以恢复,输出exit
。如果将
recover
那几行注释掉,将会输出如下日志:panic: runtime error: index out of range goroutine 1 [running]: main.foo() /home/letian/work/go/src/test/test.go:14 +0x3e main.main() /home/letian/work/go/src/test/test.go:18 +0x22 exit status 2 复制代码
-
访问未初始化的指针或 nil 指针
对于有 c/c++ 开发经验的人来说,这个很好理解。但对于没用过指针的新手来说,这是最常见的一类错误。 如下代码可以验证:
package main import ( "fmt" ) func foo(){ defer func(){ if err := recover(); err != nil { fmt.Println(err) } }() var bar *int fmt.Println(*bar) } func main(){ foo() fmt.Println("exit") } 复制代码
输出:
runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference exit 复制代码
如果将
recover
那几行代码注释掉,则会输出:panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference [signal SIGSEGV: segmentation violation code=0x1 addr=0x0 pc=0x4869ff] goroutine 1 [running]: main.foo() /home/letian/work/go/src/test/test.go:14 +0x3f main.main() /home/letian/work/go/src/test/test.go:18 +0x22 exit status 2 复制代码
-
试图往已经 close 的
chan
里发送数据这也是刚学用
chan
的新手容易犯的错误。如下代码可以验证:package main import ( "fmt" ) func foo(){ defer func(){ if err := recover(); err != nil { fmt.Println(err) } }() var bar = make(chan int, 1) close(bar) bar<-1 } func main(){ foo() fmt.Println("exit") } 复制代码
输出:
send on closed channel exit 复制代码
如果注释掉 recover ,将输出:
panic: send on closed channel goroutine 1 [running]: main.foo() /home/letian/work/go/src/test/test.go:15 +0x83 main.main() /home/letian/work/go/src/test/test.go:19 +0x22 exit status 2 复制代码
源码处理逻辑在
src/runtime/chan.go
的chansend
函数中,如下图:// src/runtime/chan.go 第 269 行 // 如果 block 不为 nil ,则协议将不会休眠,但如果无法完成则返回。 // 当关闭休眠中的通道时,可以使用 g.param == nil 唤醒睡眠。 // 我们可以非常容易循环并重新运行该操作,并且将会看到它处于已关闭状态。 func chansend(c *hchan, ep unsafe.Pointer, block bool, callerpc uintptr) bool { if c == nil { if !block { return false } gopark(nil, nil, waitReasonChanSendNilChan, traceEvGoStop, 2) throw("unreachable") } if debugChan { print("chansend: chan=", c, "\n") } if raceenabled { racereadpc(c.raceaddr(), callerpc, funcPC(chansend)) } // Fast path: check for failed non-blocking operation without acquiring the lock. // // After observing that the channel is not closed, we observe that the channel is // not ready for sending. Each of these observations is a single word-sized read // (first c.closed and second c.recvq.first or c.qcount depending on kind of channel). // Because a closed channel cannot transition from 'ready for sending' to // 'not ready for sending', even if the channel is closed between the two observations, // they imply a moment between the two when the channel was both not yet closed // and not ready for sending. We behave as if we observed the channel at that moment, // and report that the send cannot proceed. // // It is okay if the reads are reordered here: if we observe that the channel is not // ready for sending and then observe that it is not closed, that implies that the // channel wasn't closed during the first observation. if !block && c.closed == 0 && ((c.dataqsiz == 0 && c.recvq.first == nil) || (c.dataqsiz > 0 && c.qcount == c.dataqsiz)) { return false } var t0 int64 if blockprofilerate > 0 { t0 = cputicks() } lock(&c.lock) if c.closed != 0 { unlock(&c.lock) panic(plainError("send on closed channel")) } if sg := c.recvq.dequeue(); sg != nil { // Found a waiting receiver. We pass the value we want to send // directly to the receiver, bypassing the channel buffer (if any). send(c, sg, ep, func() { unlock(&c.lock) }, 3) return true } if c.qcount < c.dataqsiz { // Space is available in the channel buffer. Enqueue the element to send. qp := chanbuf(c, c.sendx) if raceenabled { raceacquire(qp) racerelease(qp) } typedmemmove(c.elemtype, qp, ep) c.sendx++ if c.sendx == c.dataqsiz { c.sendx = 0 } c.qcount++ unlock(&c.lock) return true } if !block { unlock(&c.lock) return false } // Block on the channel. Some receiver will complete our operation for us. gp := getg() mysg := acquireSudog() mysg.releasetime = 0 if t0 != 0 { mysg.releasetime = -1 } // No stack splits between assigning elem and enqueuing mysg // on gp.waiting where copystack can find it. mysg.elem = ep mysg.waitlink = nil mysg.g = gp mysg.isSelect = false mysg.c = c gp.waiting = mysg gp.param = nil c.sendq.enqueue(mysg) goparkunlock(&c.lock, waitReasonChanSend, traceEvGoBlockSend, 3) // Ensure the value being sent is kept alive until the // receiver copies it out. The sudog has a pointer to the // stack object, but sudogs aren't considered as roots of the // stack tracer. KeepAlive(ep) // someone woke us up. if mysg != gp.waiting { throw("G waiting list is corrupted") } gp.waiting = nil if gp.param == nil { if c.closed == 0 { throw("chansend: spurious wakeup") } panic(plainError("send on closed channel")) } gp.param = nil if mysg.releasetime > 0 { blockevent(mysg.releasetime-t0, 2) } mysg.c = nil releaseSudog(mysg) return true } 复制代码
-
并发读写相同 map
对于刚学并发编程的同学来说,并发读写 map 也是很容易遇到的问题。如下代码可以验证:
package main
import (
"fmt"
)
func foo(){
defer func(){
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println(err)
}
}()
var bar = make(map[int]int)
go func(){
defer func(){
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println(err)
}
}()
for{
_ = bar[1]
}
}()
for{
bar[1]=1
}
}
func main(){
foo()
fmt.Println("exit")
}
复制代码
输出:
fatal error: concurrent map read and map write
goroutine 5 [running]:
runtime.throw(0x4bd8b0, 0x21)
/home/letian/.gvm/gos/go1.12/src/runtime/panic.go:617 +0x72 fp=0xc00004c780 sp=0xc00004c750 pc=0x427f22
runtime.mapaccess1_fast64(0x49eaa0, 0xc000088180, 0x1, 0xc0000260d8)
/home/letian/.gvm/gos/go1.12/src/runtime/map_fast64.go:21 +0x1a8 fp=0xc00004c7a8 sp=0xc00004c780 pc=0x40eb58
main.foo.func2(0xc000088180)
/home/letian/work/go/src/test/test.go:21 +0x5c fp=0xc00004c7d8 sp=0xc00004c7a8 pc=0x48708c
runtime.goexit()
/home/letian/.gvm/gos/go1.12/src/runtime/asm_amd64.s:1337 +0x1 fp=0xc00004c7e0 sp=0xc00004c7d8 pc=0x450e51
created by main.foo
/home/letian/work/go/src/test/test.go:14 +0x68
goroutine 1 [runnable]:
main.foo()
/home/letian/work/go/src/test/test.go:25 +0x8b
main.main()
/home/letian/work/go/src/test/test.go:30 +0x22
exit status 2
复制代码
细心的朋友不难发现,输出日志里没有出现我们在程序末尾打印的 exit
,而是直接将调用栈打印出来了。查看 src/runtime/map.go
中的代码不难发现这几行:
if h.flags&hashWriting != 0 {
throw("concurrent map read and map write")
}
复制代码
与前面提到的几种情况不同,runtime
中调用 throw
函数抛出的异常是无法在业务代码中通过 recover
捕获的,这点最为致命。所以,对于并发读写 map 的地方,应该对 map 加锁。
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类型断言
在使用类型断言对interface
进行类型转换的时候也容易一不小心踩坑,而且这个坑是即使用interface
有一段时间的人也容易忽略的问题。如下代码可以验证:
输出:package main import ( "fmt" ) func foo(){ defer func(){ if err := recover(); err != nil { fmt.Println(err) } }() var i interface{} = "abc" _ = i.([]string) } func main(){ foo() fmt.Println("exit") } 复制代码
源码在interface conversion: interface {} is string, not []string exit 复制代码
src/runtime/iface.go
中,如下两个函数:// panicdottypeE is called when doing an e.(T) conversion and the conversion fails. // have = the dynamic type we have. // want = the static type we're trying to convert to. // iface = the static type we're converting from. func panicdottypeE(have, want, iface *_type) { panic(&TypeAssertionError{iface, have, want, ""}) } // panicdottypeI is called when doing an i.(T) conversion and the conversion fails. // Same args as panicdottypeE, but "have" is the dynamic itab we have. func panicdottypeI(have *itab, want, iface *_type) { var t *_type if have != nil { t = have._type } panicdottypeE(t, want, iface) } 复制代码
更多的 panic
前面提到的只是基本语法中常遇到的几种 panic
场景,Go 标准库中有更多使用 panic
的地方,大家可以在源码中搜索 panic(
找到调用的地方,以免后续用标准库函数的时候踩坑。
限于篇幅,本文暂不介绍填坑技巧,后面再开其他篇幅逐个介绍。 感谢阅读!
下回预告
Go语言踩坑记之channel与goroutine
有疑问加站长微信联系(非本文作者)