会诱发 Goroutine 挂起的 27 个原因-猿码集

1. 理解 Goroutine

Goroutine 是 Go 语言中一个轻量级的线程实现，可以在一个或多个操作系统线程上被多路复用。一个 Goroutine 接近于一个线程，但是它并不需要两倍于一个普通线程的栈空间，一般来说一个 Goroutine 的栈空间只有几 KB，可以同时存在成百上千个 Goroutine。

Goroutine 通过同步通信来实现对共享资源的访问，而不是通过互斥锁来进行同步访问。同步通信的实现需要依靠 channel，后文会详细介绍。这种多路复用的设计方式让 Goroutine 能够以非常低的代价创建和销毁，使得 Go 语言支持海量的并发。

2. Goroutine 的优点

相比于传统的线程实现方式，Goroutine 的优点如下：

2.1 高并发处理

Go 语言的并发模型使得 Goroutine 能够支持高并发处理，同时又不会导致线程创建和销毁的代价变得很高。这是 Go 语言在网络编程中快速发展的原因之一。

2.2 节约资源

Goroutine 的设计使其能够以比较低的代价创建和销毁，一般来说一个 Goroutine 只需要几 KB 的栈空间，多个 Goroutine 可以共享一个操作系统线程的堆栈。因此，Goroutine 能够更加节约资源。

2.3 更好的抽象

Go 语言中的 Goroutine 和 channel 提供了更高层次的抽象，使得编程变得更加简洁。程序员不需要自己去写锁和互斥体来控制并发，而是直接使用 Goroutine 和 channel 同步通信。

3. 会导致 Goroutine 挂起的原因

虽然 Goroutine 的设计让并发编程变得更加简洁和方便，但是编写高效可靠的并发程序仍然是一门艺术。本部分将介绍直接或间接导致 Goroutine 挂起的原因，具体如下：

3.1 调度器挂起

当某个 Goroutine 的执行时间过长或者其在执行期间没有进行 I/O 操作，调度器会考虑挂起当前 Goroutine，转而运行其他 Goroutine 以更好地利用系统的资源。调度器挂起 Goroutine 的行为被称为抢占式调度。

调度器挂起 Goroutine 的情况非常普遍，而我们需要确保 Goroutine 在被挂起前，已经执行完必要的操作并暂停，而不是正在执行某些关键的代码。下面是一个可能导致 Goroutine 被挂起的例子。

func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
        time.Sleep(time.Second)
        ch <- 1
    }()
    time.Sleep(time.Minute)
    <-ch
}

上述代码中，我们创建了一个 channel ch，然后创建了一个 Goroutine，该 Goroutine 会在 1 秒后往 ch 中发送一个值。但 main 函数没有等待 Goroutine 执行完，而是等待了 1 分钟，然后从 ch 中读取数据。这会导致 ch 的接收操作阻塞，同时 Goroutine 还没有执行完毕，则被调度器挂起了。

3.2 通道阻塞

由于通道是同步通信的，当一个 Goroutine 向通道发送信息时，如果没有其他 Goroutine 接收，则发送操作会一直阻塞下去。或者，如果一个 Goroutine 尝试从通道接收值，而该通道中没有可用的值，则接收操作将被阻塞。

下面是一个通道阻塞的例子：

func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
        ch <- 1
    }()
    <-ch
}

在上述代码中，我们创建了一个空的通道 ch，然后在 Goroutine 中尝试往 ch 中发送一个值。但主函数等待使用 <-ch 接收操作，然而此时 ch 中还没有可用的值，因此主函数会一直阻塞下去，直到 Goroutine 往 ch 中发送一个值。

3.3 资源争用

当多个 Goroutine 尝试同时访问同一份资源（如共享的内存区或文件），可能会产生资源争用问题。

var counter int
func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}
    for i:=0; i<10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            counter++
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("Counter:", counter)
}

上述代码中，我们创建了一个 counter 变量，然后创建了 10 个 Goroutine，每个 Goroutine 对 counter 进行加一的操作。然而由于 Goroutine 的并发性，某些 Goroutine 可能会试图同时写入到 counter 变量中，导致计数器产生错误。

4. Goroutine 挂起的解决方式

Goroutine 挂起的解决方法取决于问题的类型。下面是一些常见的解决方案。

4.1 调度器挂起

处理调度器挂起问题的最好方法是使用 Goroutine 的抢占式调度。在运行时，Go 调度器会定期检查运行的 Goroutine 的运行时间，以及等待 I/O 操作的 Goroutine，然后决定是否将控制权移交给其他 Goroutine。因此，在程度上，每个 Goroutine 对资源的占用时间都应该尽量短，这样才能让其他 Goroutine 有机会执行。下面是一个典型的例子：

func compute(id int, ch chan int) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Printf("Worker %d received %d\n", id, <-ch)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int)
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go compute(i, ch)
    }
    for i := 0; i < 15; i++ {
        ch <- i
    }
}

在上述代码中，我们创建了三个 Goroutine，每个 Goroutine 将处理从 ch 中读取的值，然后将结果打印到控制台。注意到 Goroutine 的执行时间很短，因此调度器可以在它们的执行过程中进行上下文切换，从而保证无缝的并发执行。

4.2 避免通道阻塞

通道阻塞是一种常见的并发编程问题。为了解决这个问题，我们要么确保 Goroutine 可以收到通道中的数据，要么保证通道中有值可以被 Goroutine 获取。

下面是一个调整 channel 大小的例子：

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    go func() {
        for {
            fmt.Println(<-ch)
        }
    }()
    for i := 0; i < 5; i++ {
        ch <- i
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

在上述代码中，我们创建了一个 buffer 为 3 的 channel，然后创建了一个 Goroutine，它会打印 channel 中被发送的值。但是在主 Goroutine 中发送了 5 个值之后，程序会睡眠一秒钟再结束。注意到 channel 的 buffer 容量高于 0，因此主 Goroutine 不会因为阻塞而挂起。同时，在 Goroutine 中，我们使用了死循环，可以持续不断消费 channel 中的数据。

4.3 解决资源争用

资源争用通常通过互斥量和条件变量来解决。这两个结构被用于协调多个 Goroutine 对共享资源的访问。

下面是一个使用互斥锁解决 Goroutine 计数器问题的例子：

var counter int
var mu sync.Mutex
func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}
    for i:=0; i<10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            mu.Lock()
            counter++
            mu.Unlock()
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("Counter:", counter)
}

在上面的示例代码中，我们使用了 sync.Mutex 来锁定对共享变量 counter 的访问。由于只有一个 Goroutine 能够获取互斥锁，因此不会出现竞争问题，而且计数器的值始终正确。

总结

本文详细介绍了 Goroutine 的工作原理、优点以及可能导致 Goroutine 挂起的原因，同时也提供了解决问题的途径和方法。

学习正确使用 Goroutine 可以让您的程序在运行大量并发操作时保持稳定，同时也能提高程序的性能和响应速度。在进行 Goroutine 编写时，需要注意代码中的并发访问问题以及程序对共享资源的使用。

会诱发 Goroutine 挂起的 27 个原因