Go并发编程--正确使用goroutine

Posted 2021-09-16 failymao

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Go并发编程--正确使用goroutine相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 对创建的gorouting负责
2. 总结
3. 参考

1. 对创建的gorouting负责

1.1 不要创建一个你不知道何时退出的 goroutine

下面的代码有什么问题? 是不是在我们的程序种经常写类似的代码？


// Week03/blog/01/01.go
package main

import (
	"log"
	"net/http"
	_ "net/http/pprof"
)

// 初始化函数
func setup() {
	// 这里面有一些初始化的操作
}

// 入口函数
func main() {
	setup()

	// 主服务
	server()

	// for debug
	pprof()

	select {}
}

// http api server
func server() {
	go func() {
		mux := http.NewServeMux()
		mux.HandleFunc("/ping", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
			w.Write([]byte("pong"))
		})

		// 主服务
		if err := http.ListenAndServe(":8080", mux); err != nil {
			log.Panicf("http server err: %+v", err)
			return
		}
	}()
}

// 辅助服务，用来debug性能测试
func pprof() {
	// 辅助服务，监听了其他端口，这里是 pprof 服务，用于 debug
	go http.ListenAndServe(":8081", nil)
}

以上代码有几个问题，是否想到过？

如果server 是在其他的包里面，如果没有特殊的说明，调用者是否知道这是一个异步调用？
main 函数种，最后使用select {} 使整个程序处于阻塞状态，也就是空转，会不会存在浪费？
如果线上出现事故，debug服务已经突出，你想要debug这时是否很茫然？
如果某一天服务突然重启，你却找不到事故日志，是否能想到起的这个8801端口的服务呢？

1.2 不要帮别人做选择

把是否并发的选择权交给你的调用者，而不是自己就直接悄悄的用上了 goroutine

下面做如下改变，将两个函数是否并发操作的选择权留给main函数

package main

import (
    "log"
    "net/http"
    _ "net/http/pprof"
)

func setup(){
    // 初始化操作
}


func main(){
    
    setup()
    
    // for debug
    go pprof()
    
    // 主服务，http api
    go server()
    
    select{}
}


func server(){
    
    mux ：= http.NewServerMux()
    mux.HandleFunc("ping", func(w http.ResponseWriter, r * http.Request){
        w.Write([]byte("pong"))
    }
    
    // 主服务
    if err := http.ListerAndServer(":8080",mux); err != nil{
        log.panic("http server launch error: %v", err)
        return
    }
    
}

func pprof(){
    // 辅助服务 监听其他端口，这里是pprof服务，拥有debug
    http.ListerAndServer(":8081",nil)
}

1.3 不要作为一个旁观者

一般情况下，不要让 主进程称为一个无所事事的旁观者，明明可以干活，但是最后使用一个select在那儿空跑，而且这种看着也怪，在没有特殊场景下尽量不要使用这种阻塞的方式

package main

import (
	"log"
	"net/http"
	_ "net/http/pprof"
)

func setup() {
	// 这里面有一些初始化的操作
}

func main() {
	setup()

	// for debug
	go pprof()

	// 主服务, http本来就是一个阻塞的服务
	server()
}

func server() {
	mux := http.NewServeMux()
	mux.HandleFunc("/ping", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		w.Write([]byte("pong"))
	})

	// 主服务
	if err := http.ListenAndServe(":8080", mux); err != nil {
		log.Panicf("http server err: %+v", err)
		return
	}
}

func pprof() {
	// 辅助服务，监听了其他端口，这里是 pprof 服务，用于 debug
	http.ListenAndServe(":8081", nil)
}

1.4 不要创建不知道什么时候退出的 goroutine

很多时候我们在创建一个协程（goroutine）后就放任不管了，如果程序永远运行下去，可能不会有什么问题，但实际情况并非如此，我们的产品需要迭代，需要修复bug，需要不停进行构建，发布，所以当程序退出后（主程序），运行的某些子程序并不会完全退出，比如这个 pprof, 他自身本来就是一个后台服务，但是当 main退出后，实际 pprof这个服务并不会退出，这样 pprof就会称为一个孤魂野鬼，称为一个 zombie, 导致goroutine泄漏。

所以再一次对程序进行修改，保证 goroutine能正常退出

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"
	"net/http"
	_ "net/http/pprof"
	"time"
)

func setup() {
	// 这里面有一些初始化的操作
}

func main() {
	setup()

	// 用于监听服务退出, 这里使用了两个 goroutine，所以 cap 为2
	done := make(chan error, 2)

	// 无缓冲的通道，用于控制服务退出，传入同一个 stop，做到只要有一个服务退出了那么另外一个服务也会随之退出
	stop := make(chan struct{}, 0)

	// for debug
	go func() {
		//  pprof 传递一个 channel
		fmt.Println("pprof start...")
		done <- pprof(stop)
		fmt.Printf("err1:%v\\n", done)

	}()

	// 主服务
	go func() {
		fmt.Println("app start...")
		done <- app(stop)
		fmt.Printf("err2:%v\\n", done)
	}()

	// stopped 用于判断当前 stop 的状态
	var stopped bool

	// 这里循环读取 done 这个 channel
	// 只要有一个退出了，我们就关闭 stop channel
	for i := 0; i < cap(done); i++ {

		// 对于有缓冲的chan, chan中无值会一直处于阻塞状态
	    // 对于app 服务会一直阻塞状态，不会有 数据写入到done 通道，只有在5s后，模拟的 pprof会有err写入chan,此时才会触发以下逻辑
		if err := <-done; err != nil {
			log.Printf("server exit err: %+v", err)
		}

		if !stopped {
			stopped = true
			// 通过关闭 无缓冲的channel 来通知所有的 读 stop相关的goroutine退出
			close(stop)
		}
	}
}

// http 服务
func app(stop <-chan struct{}) error {
	mux := http.NewServeMux()
	mux.HandleFunc("/ping", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		w.Write([]byte("pong"))
	})

	return server(mux, ":8080", stop)
}

func pprof(stop <-chan struct{}) error {
	// 注意这里主要是为了模拟服务意外退出，用于验证一个服务退出，其他服务同时退出的场景
	// 因为这里没有返回err， 所以done chan中无法接收到值， 主程序中会一直阻塞住
	go func() {
		server(http.DefaultServeMux, ":8081", stop)
	}()

	time.Sleep(5 * time.Second)
	// 模拟出错
	return fmt.Errorf("mock pprof exit")
}

// 启动一个服务
func server(handler http.Handler, addr string, stop <-chan struct{}) error {

	s := http.Server{
		Handler: handler,
		Addr:    addr,
	}

	// 这个 goroutine 控制退出，因为 stop channel 只要close或者是写入数据，这里就会退出
	go func() {
		// 无缓冲channel等待，写入或者关闭
		<-stop
		log.Printf("server will exiting, addr: %s", addr)
		// 此时 httpApi 服务就会优雅的退出
		s.Shutdown(context.Background())
	}()
    
	// 没有触发异常的话，会一直处于阻塞
	return s.ListenAndServe()
}

查看以下运行结果

D:\\gopath\\controlGoExit>go run demo.go
app start...
pprof start...
err1:0xc00004c720
2021/09/12 22:48:37 server exit err: mock pprof exit
2021/09/12 22:48:37 server will exiting, addr: :8080
2021/09/12 22:48:37 server will exiting, addr: :8081
err2:0xc00004c720
2021/09/12 22:48:37 server exit err: http: Server closed

虽然我们已经经过了三轮优化，但是这里还是有一些需要注意的地方:

虽然我们调用了 Shutdown 方法，但是我们其实并没有实现优雅退出
在 server 方法中我们并没有处理 panic的逻辑，这里需要处理么？如果需要那该如何处理呢？

1.5 不要创建都无法退出的 goroutine

永远无法退出的 goroutine, 即 goroutine 泄漏

下面是一个例子，可能在不知不觉中会用到

package main


import (
    "log"
    _ "net/http/pprof"
    "net/http"
    
)

func setup() {
	// 这里面有一些初始化的操作
	log.Print("服务启动初始化...")
}

func main() {
	setup()

	// for debug
	go pprof()

	// 主服务, http本来就是一个阻塞的服务
	server()
}

func server() {
	mux := http.NewServeMux()
	mux.HandleFunc("/ping", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		w.Write([]byte("pong"))
	})
	
	mux.HandleFunc("/leak", LeakHandle)

	// 主服务
	if err := http.ListenAndServe(":8080", mux); err != nil {
		log.Panicf("http server err: %+v", err)
		return
	}
}

func pprof() {
	// 辅助服务，监听了其他端口，这里是 pprof 服务，用于 debug
	http.ListenAndServe(":8081", nil)
}

func LeakHandle(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	ch := make(chan bool, 0)
	go func() {
		fmt.Println("异步任务做一些操作")
		<-ch
	}()

	w.Write([]byte("will leak"))
}

复用一下上面的 server 代码，我们经常会写出这种类似的代码

http 请求来了，我们启动一个 goroutine 去做一些耗时一点的工作
然后返回了
然后之前创建的那个 goroutine 阻塞了(对于一个无缓冲的chan,如果没有接收或关闭操作会永远阻塞下去)
然后就泄漏了

绝大部分的 goroutine 泄漏都是因为 goroutine 当中因为各种原因阻塞了，我们在外面也没有控制它退出的方式，所以就泄漏了

接下来我们验证一下是不是真的泄漏了

服务启动之后，访问debug访问网址，http://localhost:8081/debug/pprof/goroutine?debug=1.
当请求两次 http://127.0.0.1/leak后查看 goroutine数量，如图

继续请求三次后，如图

1.6 确保创建出的goroutine工作已经完成

这个其实就是优雅退出的问题，程序中可能启动了很多的 goroutine 去处理一些问题，但是服务退出的时候我们并没有考虑到就直接退出了。例如退出前日志没有 flush 到磁盘，我们的请求还没完全关闭，异步 worker 中还有 job 在执行等等。

看一个例子，假设现在有一个埋点服务，每次请求我们都会上报一些信息到埋点服务上

// Reporter 埋点服务上报
type Reporter struct {
}

var reporter Reporter

// 模拟耗时
func (r Reporter) report(data string) {
	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Printf("report: %s\\n", data)
}

mux.HandleFunc("/ping", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // 在请求中异步调用
    // 这里并没有满足一致性
    go reporter.report("ping pong")
    fmt.Println("ping")
    w.Write([]byte("pong"))
})

在发送一次请后之后就直接退出了，异步上报的逻辑是没有执行的

$ go tun demo.go
ping
^C signal:interrupt

有两种改法:

一种是给 reporter 加上 shutdown 方法，类似 http 的 shutdown，等待所有的异步上报完成之后，再退出
另外一种是我们直接使用一些 worker 来执行，在当然这个 worker 也要实现类似 shutdown 的方法。

一般推荐后一种，因为这样可以避免请求量比较大时，创建大量 goroutine，当然如果请求量比较小，不会很大，用第一种也是可以的。

第二种方法代码如下：

// 埋点上报
package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"
	"net/http"
	"sync"
)

// Reporter 埋点服务上报
type Reporter struct {
	worker   int
	messages chan string
	wg       sync.WaitGroup
	closed   chan struct{}
	once     sync.Once
}

// NewReporter NewReporter
func NewReporter(worker, buffer int) *Reporter {
	return &Reporter{
		worker:   worker,
		messages: make(chan string, buffer),
		closed:   make(chan struct{}),
	}
}

// 执行上报
func (r *Reporter) Run(stop <-chan struct{}) {
	// 用于执行错误
	go func() {
		// 没有错误时
		<-stop
		fmt.Println("stop...")
		r.shutdown()
	}()

	for i := 0; i < r.worker; i++ {
		r.wg.Add(1)

		go func() {
			defer r.wg.Done()
			for {
				select {
				case <-r.closed:
					return
				case msg := <-r.messages:
					fmt.Printf("report: %s\\n", msg)
				}
			}
		}()
	}

	r.wg.Wait()
	fmt.Println("report workers exit...")
}

// 这里不必关闭 messages
// 因为 closed 关闭之后，发送端会直接丢弃数据不再发送
// Run 方法中的消费者也会退出
// Run 方法会随之退出
func (r *Reporter) shutdown() {
	r.once.Do(func() { close(r.closed) })
}

// 模拟耗时
func (r *Reporter) Report(data string) {
	// 这个是为了及早退出
	// 并且为了避免我们消费者能力很强，发送者这边一直不阻塞，可能还会一直写数据
	select {
	case <-r.closed:
		fmt.Printf("reporter is closed, data will be discarded: %s \\n", data)
	default:
	}

	select {
	case <-r.closed:
		fmt.Printf("reporter is closed, data will be discarded: %s \\n", data)
	case r.messages <- data:
	}
}

func setup3() {
	// 初始化一些操作
	fmt.Println("程序启动...")
}

func main() {
	setup3()

	// 用于监听服务完成时退出
	done := make(chan error, 3)

	// 实例化一个 reporter
	reporter := NewReporter(2, 100)

	// 用于控制服务退出，传入同一个 stop，做到只要有一个服务退出了那么另外一个服务也会随之退出
	stop := make(chan struct{}, 0)

	// for debug
	go func() {
		done <- pprof3(stop)
	}()

	// http主服务
	go func() {
		done <- app3(reporter, stop)
	}()

	// 上报服务，接收一个监控停止的 chan
	go func() {
		reporter.Run(stop)
		done <- nil
	}()

	// 这里循环读取 done 这个 channel
	// 只要有一个退出了，我们就关闭 stop channel
	for i := 0; i < cap(done); i++ {

		// 对于有缓冲的chan, chan中无值会一直处于阻塞状态
		// 对于app 服务会一直阻塞状态，不会有 数据写入到done 通道，只有在5s后，模拟的 pprof会有err写入chan,此时才会触发以下逻辑
		if err := <-done; err != nil {
			log.Printf("server exit err: %+v", err)
		}
		// 通过关闭 无缓冲的channel 来通知所有的 读 stop相关的goroutine退出
		close(stop)
	}
}

func pprof3(stop <-chan struct{}) error {

	// 辅助服务，监听了其他端口，这里是 pprof 服务，用于 debug
	err := server3(http.DefaultServeMux, ":8081", stop)
	return err
}

func app3(report *Reporter, stop <-chan struct{}) error {

	mux := http.NewServeMux()
	mux.HandleFunc("/ping", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		// 在请求中异步调用
		// 这里并没有满足一致性
		go report.Report("ping pong")
		fmt.Println("ping")

		_, err := w.Write([]byte("pong"))
		if err != nil {
			log.Println("response err")
		}
	})

	return server3(mux, ":8080", stop)
}

// 启动一个服务
func server3(handler http.Handler, addr string, stop <-chan struct{}) error {

	s := http.Server{
		Handler: handler,
		Addr:    addr,
	}

	// 这个 goroutine 控制退出，因为 stop channel 只要close 或者是写入数据，这里就会退出
	go func() {
		// 无缓冲channel等待，写入或者关闭
		<-stop
		log.Printf("server will exiting, addr: %s", addr)
		// 此时 httpApi 服务就会优雅的退出
		err := s.Shutdown(context.Background())
		if err != nil {
			log.Printf("server exiting occur error, %s", err.Error())
		}
	}()

	// 没有触发异常的化，会一直处于阻塞
	return s.ListenAndServe()
}

上面代码应该还有问题，等日后再做优化

第一种方法参考：reporter 添加shutdown方法

2. 总结

在使用go语言初期，使用一个go关键字轻松开启一个异步协程，再加上chan很容易实现 生产者---》消费者 设计模型，但是在使用过程中往往忽略了程序退出时资源回收的问题，也很容易写成一个数据使用一个go来处理，虽然官方说明了创建一个goroutine的占用资源很小，但是再小的占用空间也敌不过一个死循环啊。所以在使用gorouine创建协程除了注意正确规定线程数以为，也要注意以下几点。

将是否异步调用的选择泉交给调用者，不然很有可能使用者不知道所调用的函数立使用了go

如果要启动一个goroutine, 要对他负责

不用启动一个无法控制他退出或者无法知道何时退出的goroutine
启动goroutine时加上 panic recovery机制，避免服务直接不可用，可以使用如下代码

// DeferRecover defer recover from panic.
func DeferRecover(tag string, handlePanic func(error)) func() {
	return func() {
		if err := recover(); err != nil {
			log.Errorf("%s, recover from: %v\\n%s\\n", tag, err, debug.Stack())
			if handlePanic != nil {
				handlePanic(fmt.Errorf("%v", err))
			}
		}
	}
}

// WithRecover recover from panic.
func WithRecover(tag string, f func(), handlePanic func(error)) {
	defer DeferRecover(tag, handlePanic)()

	f()
}

// Go is a wrapper of goroutine with recover.
func Go(name string, f func(), handlePanic func(error)) {
	go WithRecover(fmt.Sprintf("goroutine %s", name), f, handlePanic)
}

造成 goroutine 泄漏的主要原因就是 goroutine 中造成了阻塞，并且没有外部手段控制它退出

尽量避免在请求中直接启动 goroutine 来处理问题，而应该通过启动 worker 来进行消费，这样可以避免由于请求量过大，而导致大量创建 goroutine 从而导致 oom，当然如果请求量本身非常小，那当我没说

3. 参考

♥永远年轻，永远热泪盈眶♥

以上是关于Go并发编程--正确使用goroutine的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Go -- 并发编程的两种限速方法

Go笔记(十五)：并发编程

使用Go语言实现高效的并发编程

Go Web编程实战----并发goroutine