golang 协程关闭——谁敢说没踩过坑

Posted 2023-03-01 文大侠666

Go语言中，协程创建和启动非常简单，但是如何才能正确关闭协程呢，和开车一样，前进总是很容易，但是如何正确的把车停在指定的地方总是不容易的。生产实践中，go常常遇到未能正确关闭协程而影响程序运行的场景，轻则协程泄漏资源浪费，重则程序崩溃。
本文，总结协程关闭的三大原则，结合实际场景让你彻底搞定协程关闭，保证又快又稳！

场景

结合如下典型场景，主进程中起多个协程，这些协程会
1.共同消费一个数据通道 data channel
2.也可能共享一个退出通道channel或context

那么，应该如何正确关闭呢

原则1-协程接受通知主动关闭

并不推荐强制停止，更多的时候我们希望在停止时，干一点事比如资源清理/连接清理等，这时候最好的方式就是通知协程退出，具体何时退出和退出前做什么完全由当前要关闭的协程控制。

通知一般有三种方式

data channel关闭通知退出

适用简单任务，复杂的更推荐context单独通知

// cancelFn 数据通道关闭通知退出
func cancelFn(dataChan chan int) 
	for 
		select 
		case val, ok := <-dataChan:
			// 关闭data通道时，通知退出
			// 一个可选是判断data=指定值时退出
			if !ok 
				log.Printf("Channel closed ！！！")
				return
			

			log.Printf("Revice dataChan %d\\n", val)
		
	

exit channel关闭通知退出

部分简单场景适用

// exitChannelFn 单独退出通道关闭通知退出
func exitChannelFn(wg *sync.WaitGroup, taskNo int, dataChan chan int, exitChan chan struct) 
	defer wg.Done()

	for 
		select 
		case val, ok := <-dataChan:
			if !ok 
				log.Printf("Task %d channel closed ！！！", taskNo)
				return
			

			log.Printf("Task %d  revice dataChan %d\\n", taskNo, val)

			// 关闭exit通道时，通知退出
		case <-exitChan:
			log.Printf("Task %d  revice exitChan signal!\\n", taskNo)
			return
		
	

context超时或取消通知退出

主流推荐

// contextCancelFn context取消或超时通知退出
func contextCancelFn(wg *sync.WaitGroup, taskNo int, dataChan chan int, ctx context.Context) 
	defer wg.Done()

	for 
		select 
		case val, ok := <-dataChan:
			if !ok 
				log.Printf("Task %d channel closed ！！！", taskNo)
				return
			

			log.Printf("Task %d  revice dataChan %d\\n", taskNo, val)

		// ctx取消或超时，通知退出
		case <-ctx.Done():
			log.Printf("Task %d  revice exit signal!\\n", taskNo)
			return
		
	

原则2-谁负责创建协程谁负责关闭协程

go func可以立即创建一个协程，因此常常遇到我们可能在任何一个地方创建协程，但是在哪里关闭呢，是需要统一管理吗？官方推荐的最佳实践就是，谁负责创建协程谁负责关闭协程。

参考如下，每次调用execDataTaskFunc函数执行都会起一个协程异步执行，协程关闭通过监控外层函数context参数来实现。

func execDataTaskFunc(ctx context.Context, dataChan chan int, taskName string) chan int 
	out := make(chan int)

	log.Printf("Task %s start!\\n", taskName)

	go func() 
		defer close(out)

		for 
			select 
			case data, ok := <-dataChan:
				if !ok 
					log.Printf("Task %s  revice data channel close signal!\\n", taskName)
					return
				

                // do something
				out <- data
			case <-ctx.Done():
				log.Printf("Task %s  revice exit signal!\\n", taskName)
				return
			
		
	()

	return out

原则3-等待所有协程关闭再退出

通常对于正在运行的协程，发出退出通知后，具体程序何时才能退出呢？一般如下三种方式

WaitGroup/ErrGroup判断所有协程关闭后退出

最常用，参考如下

// 多个任务并行控制，等待所有任务完成
func TestTaskControl(t *testing.T) 
	dataChan := make(chan int)

	taskNum := 3

	wg := sync.WaitGroup
	wg.Add(taskNum)

	// 起多个协程，data关闭时退出
	for i := 0; i < taskNum; i++ 
		go func(taskNo int) 
			defer wg.Done()
			t.Logf("Task %d run\\n", taskNo)

			for 
				select 
				case _, ok := <-dataChan:
					if !ok 
						t.Logf("Task %d notify to stop\\n", taskNo)
						return
					
				
			
		(i)
	

	// 通知退出
	go func() 
		time.Sleep(3 * time.Second)
		close(dataChan)
	()

	// 等待退出完成
	wg.Wait()

等待channel关闭后退出

参考如下，对于部分任务场景，协程数据输出到新建的channel中，可以在此channel上阻塞等待，直到协程通知关闭时，关闭此channel然后程序退出。

// 多个任务并行控制，等待所有任务完成
func TestTaskControl2(t *testing.T) 
	dataChan := make(chan int)

	// 起协程返回新chan，在输出chan等待判断完成
	out := make(chan int)
	go func() 
		defer close(out) // 结束则自动关闭

		for 
			select 
			case _, ok := <-dataChan:
				if !ok 
					t.Logf("Task notify to stop\\n")
					return
				
			
		
	()

	// 通知退出
	go func() 
		time.Sleep(3 * time.Second)
		close(dataChan)
	()

	dataChan <- 1

	// 等待退出完成
	for data := range out 
		t.Logf("%d\\n", data)
	

等待足够长时间后关闭

对于部分任务，能够估算从通知关闭到实际关闭时间，则可等待足够长时间来保证协程关闭然后退出，实际场景并不推荐，带有一定不确定性，很容易出错。

func TestTaskControl3(t *testing.T) 
	dataChan := make(chan int)

	// 起协程返回新chan
	out := make(chan int)
	go func() 
		defer close(out) // 结束则自动关闭

		for 
			select 
			case _, ok := <-dataChan:
				if !ok 
					t.Logf("Task notify to stop\\n")
					return
				
			
		
	()

	// 通知退出
	go func() 
		time.Sleep(3 * time.Second)
		close(dataChan)
	()

	dataChan <- 1

	// 等待足够长时间，退出完成
	time.Sleep(10 * time.Second)

复杂退出场景

结合三大原则，这里展示部分复杂场景的协程关闭方案。

嵌套协程，同时关闭

如下是多个任务执行，每个任务一个协程，现在考虑如下目标
支持多级嵌套，父任务停止后，子任务自动停止

方案：使用context通知，WaitGroup等待所有任务关闭后退出
任务运行代码

type TaskFunc func(ctx context.Context)

func runTaskFunc(wg *sync.WaitGroup, ctx context.Context, taskName string, f TaskFunc) 
	defer wg.Done()

	log.Printf("Task %s start!\\n", taskName)
	f(ctx)

	for 
		select 

		case <-ctx.Done():
			log.Printf("Task %s  revice exit signal!\\n", taskName)
			return
		
	

整体实现代码

// 简单并行任务-同时停止
func TestStop(t *testing.T) 
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

	var wg = sync.WaitGroup

	// 起多个任务
	wg.Add(1)
	go runTaskFunc(&wg, ctx, "A", func(ctx context.Context) 
		wg.Add(1)
		go runTaskFunc(&wg, ctx, "B", func(ctx context.Context) 
			wg.Add(1)
			go runTaskFunc(&wg, ctx, "C", func(ctx context.Context) 
				wg.Add(1)
				go runTaskFunc(&wg, ctx, "D", func(ctx context.Context) )
			)
		)

		wg.Add(1)
		go runTaskFunc(&wg, ctx, "E", func(ctx context.Context) 
			wg.Add(1)
			go runTaskFunc(&wg, ctx, "F", func(ctx context.Context) 
				wg.Add(1)
				go runTaskFunc(&wg, ctx, "G", func(ctx context.Context) )
			)
		)
	)

	// 通知关闭
	go func() 
		time.Sleep(3 * time.Second)
		cancel()
	()

	// 等待全部关闭后退出
	wg.Wait()

协程关闭是无序的，如下

2023/01/07 22:40:09 Task A start!
2023/01/07 22:40:09 Task E start!
2023/01/07 22:40:09 Task F start!
2023/01/07 22:40:09 Task G start!
2023/01/07 22:40:09 Task B start!
2023/01/07 22:40:09 Task C start!
2023/01/07 22:40:09 Task D start!
2023/01/07 22:40:12 Task A revice exit signal!
2023/01/07 22:40:12 Task G revice exit signal!
2023/01/07 22:40:12 Task B revice exit signal!
2023/01/07 22:40:12 Task F revice exit signal!
2023/01/07 22:40:12 Task D revice exit signal!
2023/01/07 22:40:12 Task C revice exit signal!
2023/01/07 22:40:12 Task E revice exit signal!

嵌套协程，指定顺序关闭

还是上述场景，现在需求是：控制停止顺序，先停EFG 再停BCD 最后停A

方案：借助context通知，指定多个cancel点，WaitGroup等待所有任务关闭后退出

// 简单并行任务-控制停止顺序
func TestStop2(t *testing.T) 
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	ctxb, cancelb := context.WithCancel(ctx)
	ctxe, cancele := context.WithCancel(ctx)

	var wg = sync.WaitGroup

	// 起多个任务
	wg.Add(1)
	go runTaskFunc(&wg, ctx, "A", func(ctx context.Context) 
		wg.Add(1)
		go runTaskFunc(&wg, ctxb, "B", func(ctx context.Context) 
			wg.Add(1)
			go runTaskFunc(&wg, ctx, "C", func(ctx context.Context) 
				wg.Add(1)
				go runTaskFunc(&wg, ctx, "D", func(ctx context.Context) )
			)
		)

		wg.Add(1)
		go runTaskFunc(&wg, ctxe, "E", func(ctx context.Context) 
			wg.Add(1)
			go runTaskFunc(&wg, ctx, "F", func(ctx context.Context) 
				wg.Add(1)
				go runTaskFunc(&wg, ctx, "G", func(ctx context.Context) )
			)
		)
	)

	// 通知关闭
	go func() 
		time.Sleep(3 * time.Second)
		cancele()
		time.Sleep(3 * time.Second)
		cancelb()
		time.Sleep(3 * time.Second)
		cancel()
	()

	// 等待全部关闭后退出
	wg.Wait()

运行如下，协程按照指定顺序关闭

2023/01/07 22:40:40 Task A start!
2023/01/07 22:40:40 Task E start!
2023/01/07 22:40:40 Task F start!
2023/01/07 22:40:40 Task G start!
2023/01/07 22:40:40 Task B start!
2023/01/07 22:40:40 Task C start!
2023/01/07 22:40:40 Task D start!
2023/01/07 22:40:43 Task E revice exit signal!
2023/01/07 22:40:43 Task F revice exit signal!
2023/01/07 22:40:43 Task G revice exit signal!
2023/01/07 22:40:46 Task B revice exit signal!
2023/01/07 22:40:46 Task D revice exit signal!
2023/01/07 22:40:46 Task C revice exit signal!
2023/01/07 22:40:49 Task A revice exit signal!

嵌套协程，逐级关闭

考虑如下场景，A->B->C嵌套起协程，每个协程创建新的channel传输数据给下游

如下起任务，每个任务可以通过context或者data channel关闭来通知退出

func execDataTaskFunc(ctx context.Context, dataChan chan int, taskName string) chan int 
	out := make(chan int)
	//out := make(chan int, 100)

	log.Printf("Task %s start!\\n", taskName)

	go func() 
		defer close(out)

		for 
			select 
			case data, ok := <-dataChan:
				if !ok 
					log.Printf("Task %s  revice data channel close signal!\\n", taskName)
					return
				

				time.Sleep(2 * time.Second)
				out <- data
			case <-ctx.Done():
				log.Printf("Task %s  revice exit signal!\\n", taskName)
				return
			
		
	()

	return out

整体流程如下

func TestDataTaskStop(t *testing.T) 
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	defer cancel()

	dataChanInput := make(chan int)

	// 嵌套运行协程
	taskChanA := execDataTaskFunc(ctx, dataChanInput, "A")
	taskChanB := execDataTaskFunc(ctx, taskChanA, "B")
	taskChanC := execDataTaskFunc(ctx, taskChanB, "C")

	// 通知退出
	go func() 
		i := 0
		for 
			select 
			case <-time.After(time.Second):
				i = i + 1
				if i == 10 
					t.Logf("Notify to stop!!!")
					close(dataChanInput)
					//cancel()
					return
				

				dataChanInput <- i
			
		
	()

	//  等待退出
	for data := range taskChanC 
		t.Logf("Out->%d", data)
	

这里数据每条数据产生间隔1秒，每个任务处理时长为2秒，也就是说通知关闭时，可能上游任务处理中，下游还没来得及处理，因此期望的是逐级依次关闭A/B/C，确保上游数据处理完成传给下游，不要丢失数据。

对比context通知退出和data channel关闭通知退出，对比如下。可以看到如果我们是有中间处理和逐级关闭需求的还是要依赖close关闭协程来通知，context全局通知退出是无序的，无法保证数据不丢失。

• cancel()-context通知退出

执行如下，A/B/C同时退出，数据出现丢失

2023/01/07 23:23:59 Task A start!
2023/01/07 23:23:59 Task B start!
2023/01/07 23:23:59 Task C start!
complex_test.go:174: Out->1
complex_test.go:174: Out->2
complex_test.go:174: Out->3
complex_test.go:174: Out->4
complex_test.go:174: Out->5
complex_test.go:174: Out->6
complex_test.go:161: Notify to stop!!!
2023/01/07 23:24:18 Task C revice exit signal!
complex_test.go:174: Out->7

• close(dataChanInput)通知退出

执行如下，A/B/C逐级依次关闭，数据没有丢失

2023/01/07 23:20:18 Task A start!
2023/01/07 23:20:18 Task B start!
2023/01/07 23:20:18 Task C start!
complex_test.go:174: Out->1
complex_test.go:174: Out->2
complex_test.go:174: Out->3
complex_test.go:174: Out->4
complex_test.go:174: Out->5
complex_test.go:174: Out->6
complex_test.go:161: Notify to stop!!!
complex_test.go:174: Out->7
2023/01/07 23:20:37 Task A revice data channel close signal!
complex_test.go:174: Out->8
2023/01/07 23:20:39 Task B revice data channel close signal!
2023/01/07 23:20:41 Task C revice data channel close signal!
complex_test.go:174: Out->9

参考

演示代码 https://gitee.com/wenzhou1219/go-in-prod/tree/master/task_stop