Go语言如何实现stop the world？

本文基于 Go 1.13。

在某些垃圾回收器算法中，“停止世界”（Stop the World: STW，下同）是跟踪内存使用最重要的阶段，它会停止程序的执行，以扫描内存使用，并添加写障碍。让我们回顾一下它在内部如何工作，以及它可能面临的潜在问题。

停止世界（Stop the world）

停止程序意味着停止所有正在运行的 goroutine。下面是一个执行 STW 的简单程序：

func main() {
   runtime.GC()
}

运行垃圾回收器，将触发 STW 两个阶段。

有关垃圾回收器周期的更多信息，建议阅读我的另外一篇文章 “Go：垃圾收集器如何标记内存？ ① ”

第一步：抢占所有正在运行的 goroutine：

goroutine 抢占

一旦 goroutine 被抢占，它们将在安全点停止。同时，P 处理器将（正在运行的代码或在空闲列表）被标记为已停止，以不运行任何代码：

P 标记为已停止

然后，Go 调度程序将运行，将每个 M 与其 P 各自分离，并将其放入空闲列表中：

M 已移至闲置清单

关于在每个上运行的 goroutine M，它们将在全局队列中等待：

Goroutine 在全局队列中等待

然后，一旦世界停止了，只有唯一活动的 goroutine 才能安全地运行，并在工作完成后启动整个世界。下面跟踪图将有助于理解此阶段发生在何时：

跟踪 “ STW”阶段

系统调用

“STW”阶段也可能会影响系统调用，因为它们可能会在 STW 时返回。让我们以一个密集执行系统调用的例子，并查看其如何处理：

func main() {
   var wg sync.WaitGroup
   wg.Add(10)
   for i := 0; i < 10; i++ {
      go func() {
         http.Get(`https://httpstat.us/200`)
         wg.Done()
      }()
   }
   wg.Wait()
}

这是跟踪：

STW 阶段，系统调用正在结束。但是，由于没有可用 P（如上一节所述，它们都被标记为已停止），goroutine 将被放入全局队列，并在世界恢复时稍后运行。

延迟时间

“STW” 第三步涉及将所有 M 与其 P 分离。但是，Go 将等待它们自行停止：在调度程序运行时，在 syscall 调用中等。等待 goroutine 被抢占应该很快，但是在某些情况下，可能会导致某些延迟。让我们以一个极端的情况为例：

func main() {
   var t int
   for i := 0;i < 20 ;i++  {
      go func() {
         for i := 0;i < 1000000000 ;i++ {
            t++
         }
      }()
   }

   runtime.GC()
}

在这里，“ Stop the World”阶段需要 2.6 秒：

没有函数调用的 goroutine 将不会被抢占，并且 P 在任务结束之前不会被释放。这将迫使“STW”等待。有几种解决方案可改善循环中的抢占，有关此方面的更多信息，建议阅读我另外一篇文章“ Go：Goroutine和抢占 ②”。

相关链接：

https://medium.com/a-journey-with-go/go-how-does-the-garbage-collector-mark-the-memory-72cfc12c6976
https://medium.com/a-journey-with-go/go-goroutine-and-preemption-d6bc2aa2f4b7

原文：
https://medium.com/a-journey-with-go/go-how-does-go-stop-the-world-1ffab8bc8846

参考阅读：

• 关于Golang GC的一些误解--真的比Java算法更领先吗？
• Swift程序员对Rust印象：内存管理
• 聊聊一对一沟通的方法
• 为什么说系统越简单，宕机时间越少

本文作者 Vincent Blanchon，由高可用架构翻译。技术原创及架构实践文章，欢迎通过公众号菜单「联系我们」进行投稿。

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