go語法大賞

前些日子單機房穩定性下降，找了好一會才找到真正的原因。這里面涉及到不少go語法細節，正好大家一起看一下。

一、仿真代碼

這是仿真之后的代碼

package mainimport ("fmt""go.uber.org/atomic""time"
)type StopSignal struct{}// RecvChannel is the wrapped channel for recv side.
type RecvChannel[T any] struct {// Data will be passed through the result channel.DataChannel <-chan T// Error will be passed through the error channel.ErrorChannel <-chan error// Stop signal will be passed through the stop signal channel,// when signal is sent or channel is closed, it means recv side requires send side to stop sending data.StopChannel chan<- StopSignalstopped     *atomic.Bool
}// Close sends stop signal to the sender side.
func (c *RecvChannel[T]) Close() {if !c.stopped.CompareAndSwap(false, true) {return}close(c.StopChannel)
}// Stopped returns whether the stop signal has been sent.
func (c *RecvChannel[T]) Stopped() bool {return c.stopped.Load()
}// GetError returns the last error, it waits at most 1s if the error channel is not closed.
func (c *RecvChannel[T]) GetError() error {select {case err := <-c.ErrorChannel:return errcase <-time.After(time.Second):return nil}
}// SendChannel is the wrapped channel for sender side.
type SendChannel[T any] struct {// Data will be passed through the result channel.DataChannel chan<- T// Error will be passed through the error channel.ErrorChannel chan<- error// Stop signal will be passed through the stop signal channel,// when signal is sent or channel is closed, it means recv side requires send side to stop sending data.StopChannel <-chan StopSignalstopped     *atomic.Bool
}// Close closes the result channel and error channel, so the recv will know the sending has been stopped.
func (c *SendChannel[T]) Close() {close(c.DataChannel)close(c.ErrorChannel)c.stopped = atomic.NewBool(true)
}// Stopped returns whether the stop signal has been sent.
func (c *SendChannel[T]) Stopped() bool {return c.stopped.Load()
}// Publish sends data to the data channel, does nothing if it is closed.
func (c *SendChannel[T]) Publish(t T) {if c.Stopped() {return}select {case <-c.StopChannel:case c.DataChannel <- t:}
}func (c *SendChannel[T]) PublishError(err error, close bool) {if c.Stopped() {return}select {case <-c.StopChannel:case c.ErrorChannel <- err:}if close {c.Close()}
}func NewChannel[T any](bufSize int) (*SendChannel[T], *RecvChannel[T]) {resultC := make(chan T, bufSize)errC := make(chan error, 1)stopC := make(chan StopSignal, 1)stopped := atomic.NewBool(false)sc := &SendChannel[T]{DataChannel:  resultC,ErrorChannel: errC,StopChannel:  stopC,stopped:      stopped,}rc := &RecvChannel[T]{DataChannel:  resultC,ErrorChannel: errC,StopChannel:  stopC,stopped:      stopped,}return sc, rc
}// SliceToChannel creates a channel and sends the slice's items into it.
// It ignores if the item in the slices is not a type T or error.
func SliceToChannel[T any](size int, s []any) *RecvChannel[T] {sc, rc := NewChannel[T](size)go func() {for _, item := range s {if sc.Stopped() {sc.Close()return}switch v := item.(type) {case T:sc.DataChannel <- vcase error:sc.ErrorChannel <- vdefault:continue}}sc.Close()}()return rc
}// /// 真正的處理邏輯
func Process(send *SendChannel[int]) {defer func() {if send != nil {fmt.Println("3 Process close defer")send.Close()}}()go func() {for {select {case <-send.StopChannel:fmt.Println("2 Process stop channel")send.Close()return}}}()send.ErrorChannel <- fmt.Errorf("0 Start error \n")fmt.Println("0 Start error")time.Sleep(1 * time.Second)
}func main() {send, recv := NewChannel[int](10)go func() {Process(send)}()for {fmt.Println("only once")select {case <-recv.ErrorChannel:fmt.Println("1 recv errorchannel ")recv.Close()break}break}//panic(1)time.Sleep(5 * time.Second)
}

執行結果如下：

?  my go run main.go
only once
0 Start error
1 recv errorchannel
2 Process stop channel
3 Process close defer
panic: close of closed channelgoroutine 21 [running]:
main.(*SendChannel[...]).Close(...)/Users/bytedance/My/work/go/my/main.go:60
main.Process.func1()/Users/bytedance/My/work/go/my/main.go:147 +0x6c
main.Process(0x14000092020)/Users/bytedance/My/work/go/my/main.go:163 +0x118
main.main.func1()/Users/bytedance/My/work/go/my/main.go:168 +0x20
created by main.main in goroutine 1/Users/bytedance/My/work/go/my/main.go:167 +0x70
exit status 2

不知道大家是否能夠比較快的看出來問題。

二、相關語法

2.1channel

知識點

在 Go 語言中，channel是用于在多個goroutine之間進行通信和同步的重要機制，以下是一些關于channel的重要知識點：

1. 基本概念
  • 定義：channel可以被看作是一個類型安全的管道，用于在goroutine之間傳遞數據，遵循 CSP（Communicating Sequential Processes）模型，即 “通過通信來共享內存，而不是通過共享內存來通信”，從而避免了傳統共享內存并發編程中的數據競爭等問題。
  • 聲明與創建：使用make函數創建，語法為make(chan 數據類型, 緩沖大小)。緩沖大小是可選參數，省略時創建的是無緩沖channel；指定大于 0 的緩沖大小時創建的是有緩沖channel。例如：
unbufferedChan := make(chan int)      // 無緩沖channel
bufferedChan := make(chan int, 10)   // 有緩沖channel，緩沖大小為10
2. 操作方式
  • 發送數據：使用<-操作符將數據發送到channel中，語法為channel <- 數據。例如：
ch := make(chan int)
go func() {ch <- 42  // 發送數據42到ch中
}()
  • 接收數據：同樣使用<-操作符從channel中接收數據，有兩種形式。一種是將接收到的數據賦值給變量，如數據 := <-channel；另一種是只接收數據不賦值，如<-channel。例如：
ch := make(chan int)
go func() {ch <- 42
}()
value := <-ch  // 從ch中接收數據并賦值給value
  • 關閉channel：使用內置的close函數關閉channel，關閉后不能再向其發送數據，但可以繼續接收已發送的數據。接收完所有數據后，再接收將得到該類型的零值。例如：
ch := make(chan int)
go func() {for i := 0; i < 5; i++ {ch <- i}close(ch)  // 關閉channel
}()
for {value, ok := <-chif!ok {break  // 當ok為false時，表示channel已關閉}fmt.Println(value)
}
3. 緩沖與非緩沖channel
  • 無緩沖channel：也叫同步channel，數據的發送和接收必須同時準備好，即發送操作和接收操作會互相阻塞，直到對方準備好。只有當有對應的接收者在等待時，發送者才能發送數據；反之，只有當有發送者發送數據時，接收者才能接收數據。這確保了數據的同步傳遞。
  • 有緩沖channel：內部有一個緩沖區，只要緩沖區未滿，發送操作就不會阻塞；只要緩沖區不為空，接收操作就不會阻塞。當緩沖區滿時，繼續發送會阻塞；當緩沖區為空時，繼續接收會阻塞。例如：
bufferedChan := make(chan int, 3)
bufferedChan <- 1
bufferedChan <- 2
bufferedChan <- 3
// 此時緩沖區已滿，再發送會阻塞
// bufferedChan <- 4
4. 單向channel
  • 單向channel只能用于發送或接收數據，分別為只寫channel（chan<- 數據類型）和只讀channel（<-chan 數據類型）。單向channel主要用于函數參數傳遞，限制channel的使用方向，增強代碼的可讀性和安全性。例如：
// 只寫channel
func sendData(ch chan<- int) {ch <- 42
}// 只讀channel
func receiveData(ch <-chan int) {data := <-chfmt.Println(data)
}
5. select語句與channel
  • select語句用于監聽多個channel的操作，它可以同時等待多個channel的發送或接收操作。當有多個channel準備好時，select會隨機選擇一個執行。select語句還可以結合default分支實現非阻塞操作。例如：
ch1 := make(chan int)
ch2 := make(chan int)go func() {ch1 <- 1
}()select {
case data := <-ch1:fmt.Println("Received from ch1:", data)
case data := <-ch2:fmt.Println("Received from ch2:", data)
default:fmt.Println("No channel is ready")
}
6. channel的阻塞與死鎖
  • 阻塞：發送和接收操作在channel未準備好時會阻塞當前goroutine。無緩沖channel在沒有對應的接收者時發送會阻塞，沒有發送者時接收會阻塞；有緩沖channel在緩沖區滿時發送會阻塞，緩沖區空時接收會阻塞。
  • 死鎖：如果在一個goroutine中，channel的發送和接收操作相互等待，且沒有其他goroutine來打破這種等待，就會發生死鎖。例如，一個goroutine向無緩沖channel發送數據，但沒有其他goroutine接收；或者一個goroutine從無緩沖channel接收數據，但沒有其他goroutine發送數據。運行時系統會檢測到死鎖并報錯。
7. channel的底層實現
  • channel的底層實現基于一個名為hchan的結構體，它包含了當前隊列中元素數量、環形隊列大小（緩沖容量）、指向環形隊列的指針、元素大小、關閉標志、元素類型信息、發送索引、接收索引、等待接收的協程隊列、等待發送的協程隊列以及一個互斥鎖等字段。
  • 發送操作時，如果接收隊列非空，直接將數據拷貝給第一個等待的接收者并喚醒該goroutine；如果緩沖區未滿，將數據存入緩沖區；如果緩沖區已滿或無緩沖channel，將當前goroutine加入發送隊列并掛起。接收操作時，如果發送隊列非空，直接從發送者獲取數據并喚醒發送者；如果緩沖區不為空，從緩沖區取出數據；如果緩沖區為空且無緩沖channel，將當前goroutine加入接收隊列并掛起。
8. channel誤用導致的問題

在 Go 語言中，操作channel時可能導致panic或者死鎖等：

  1. 多次關閉同一個channel

使用內置的close函數關閉channel后，如果再次調用close函數嘗試關閉同一個channel，就會引發panic。這是因為channel的關閉狀態是一種不可逆的操作，重復關閉沒有實際意義，并且可能會導致難以調試的問題。例如：

ch := make(chan int)
close(ch)
close(ch) // 這里會導致panic
  1. 向已關閉的channel發送數據

當一個channel被關閉后，再向其發送數據會導致panic。因為關閉channel意味著不再有數據會被發送到該channel中，繼續發送數據違反了這種約定。示例如下：

ch := make(chan int)
close(ch)
ch <- 1 // 向已關閉的channel發送數據，會導致panic
  1. 關閉未初始化（nil）的channel

如果嘗試關閉一個值為nil的channel，會引發panic。nil的channel沒有實際的底層數據結構來支持關閉操作。例如：

var ch chan int
close(ch) // 這里會導致panic，因為ch是nil
  1. 死鎖導致的panic

在操作channel時，如果多個goroutine之間的通信和同步設計不當，可能會導致死鎖。死鎖發生時，所有涉及的goroutine都在互相等待對方，從而導致程序無法繼續執行，運行時系統會檢測到這種情況。例如：

func main() {ch := make(chan int)ch <- 1 // 沒有其他goroutine從ch中接收數據，這里會阻塞，導致死鎖fmt.Println("This line will never be executed")
}

?  my go run main.go
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!goroutine 1 [chan send]:
main.main()/Users/bytedance/My/work/go/my/main.go:172 +0x54
exit status 2
  1. 不恰當的select語句使用

在select語句中，如果沒有default分支，并且所有的case對應的channel操作都無法立即執行（阻塞），那么當前goroutine會被阻塞。如果在主goroutine中發生這種情況且沒有其他goroutine可以運行，就會導致死鎖。例如：

func main() {ch1 := make(chan int)ch2 := make(chan int)select {case <-ch1:// 沒有數據發送到ch1，這里會阻塞case <-ch2:// 沒有數據發送到ch2，這里會阻塞}
}

要避免這些panic情況，編寫代碼時需要仔細設計channel的使用邏輯，合理處理channel的關閉、數據的發送和接收，以及確保goroutine之間的同步和通信正確無誤。

解析

在NewChannel函數中，send和recv channel被賦值的是同一個ErrorChannel，而send和recv都是單向channel，一個只寫，一個只讀。

在這里插入圖片描述

在這里插入圖片描述

在這里插入圖片描述

所以當Process里send.ErrorChannel <- fmt.Errorf(“0 Start error \n”)執行的時候，main中的case <-recv.ErrorChannel被立即觸發，然后執行recv.Close()函數，該函數執行了close(c.StopChannel)，又觸發了Process中的case <-send.StopChannel，執行了send.Close()。對于Process退出的時候，有defer，再次執行send.Close()，導致channel被多次關閉。

2.2defer

知識點

以前寫過Go defer的一些神奇規則，你了解嗎？，這次主要關注

  1. defer（延遲函數）執行按后進先出順序執行，即先出現的 defer最后執行。
  2. Process中的defer的執行順序與Process中的goroutine里的defer（如果有的話）執行順序無關。
解析

其實這兩個Close位置都有可能panic，主要看誰被先執行到。我是為了演示讓Process sleep了1s。

defer func() {if send != nil {fmt.Println("3 Process close defer")send.Close()}}()go func() {for {select {case <-send.StopChannel:fmt.Println("2 Process stop channel")send.Close()return}}}()

2.3recover

知識點

在 Go 語言中，recover只能用于捕獲當前goroutine內的panic，它的作用范圍僅限于當前goroutine。具體說明如下：

只能捕獲當前goroutine的panic：當一個goroutine發生panic時，該goroutine會沿著調用棧向上展開，執行所有已注冊的defer函數。如果在這些defer函數中調用recover，則可以捕獲到該goroutine內的panic，并恢復正常執行流程。而對于其他goroutine中發生的panic，當前goroutine無法通過recover捕獲。例如：

package mainimport ("fmt""time"
)func worker() {defer func() {if r := recover(); r != nil {fmt.Println("Recovered in worker:", r)}}()panic("Worker panicked")
}func main() {go worker()time.Sleep(1 * time.Second)fmt.Println("Main goroutine continues")
}

在上述代碼中，worker函數中的defer語句里使用recover捕獲了該goroutine內的panic。main函數中的goroutine并不會受到影響，繼續執行并打印出 “Main goroutine continues”。

解析

當時之所以查的比較困難，主要是發現Process中go func里配置了recover，報了很多錯，但感覺沒有大問題。加上代碼不熟悉，沒有發現有概率觸發Process的defer中的panic。而且公司的監控沒有監控到自建goroutine的panic情況。

三、解決方案

在Process中添加recover

defer func() {if r := recover(); r != nil {fmt.Println("Recovered in worker:", r)}}()

其實比較建議在涉及channel相關的地方，都加個recover，尤其是不太熟悉的時候。

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