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要解决的问题
- 如何理解GO中特殊情况下GC引起的卡死
问题背景
在GO中，goroutine经常被使用以满足并发的需求，但在某些特殊情况下可能会有问题
func infiniteLoop() {
fmt.Println("infiniteLoop goroutine started")
for {
}
}
func main() {
fmt.Println("main started")
go infiniteLoop()
fmt.Println("prepare to gc")
runtime.Gosched() // 让出goroutine执行权
runtime.GC() // 手动gc
fmt.Println("main finished")
}
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func infiniteLoopCall() {
fmt.Println("infiniteLoopCall")
}
func infiniteLoop() {
fmt.Println("infiniteLoop goroutine started")
for {
// infiniteLoopCall()
}
}
func main() {
// runtime.GOMAXPROCS(1)
fmt.Println("main started")
go infiniteLoop()
fmt.Println("prepare to gc")
runtime.Gosched() // 让出goroutine执行权
// runtime.GC() // 手动gc
fmt.Println("main finished")
}
程序会在打印“prepare to gc”后卡住，无法执行至“main finished”。而如果注释掉runtime.Gosched()和runtime.GC()，程序则可顺利打印“main finished”，并结束整个进程。
解决方案
goroutine调度方式
GO中目前goroutine的调度方式是“合作式抢占”（cooperative preemption）。对于一个正在执行的goroutine，只有当此goroutine中出现fucntion call的时候，才会让出执行权。这里的fucntion call包括普通的函数调用，系统函数调用，channel阻塞等。
从调度模型而言，GO使用的是GPM模型：
G（goroutine）：GO中的协程。
P（processor）：逻辑执行单元，一次跑一个goroutine，默认为核心数。每个P执行的goroutine以队列的形式存在。
M（machine）：对内核级线程的封装，CPU数。
特别的，如果跑goroutine的执行单元P只有一个，那当一个无限循环的goroutine执行之后，会有程序卡死的情况。但当P的数量大于1时，基于Work-Stealing策略，空闲的执行单元P会“偷取”其他P中的goroutine，所以P>1时，不会出现被无限循环卡死的情况。
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1) // 设置P的数量为1
fmt.Println("main started")
go infiniteLoop()
fmt.Println("prepare to gc")
runtime.Gosched() // 让出goroutine执行权
fmt.Println("main finished")
}
设置P的数量为1后，此时不触发GC也会卡死，因为goroutine执行权已被infiniteLoop获取。
GC STW
以上的调度方式实现较为简单，在绝大多数场景下是没有问题的。但当触发GC的时候，仍会有问题。
GO中GC目前使用的是三色标记清除法，在标记阶段仍会有短暂的STW阶段。由于“合作式抢占”的策略，STW会被动地等待所有goroutine运行到可以被调度的状态，然后暂停此goroutine。在程序执行至runtime.GC()时，main goroutine由于本身的函数调用（runtime.GC()），因而暂停等待STW。但infiniteLoop goroutine中没有任何函数调用，于是导致GC进程一直等待infiniteLoop goroutine。最终的结果是main goroutine等待另一个无限循环的goroutine，导致程序卡死。
解决方案
上述情况出现的概率极小。但在官方未解决此问题之前，避免写“无函数调用的无限循环“即可
func infiniteLoopCall() {
fmt.Println("infiniteLoopCall")
}
func infiniteLoop() {
fmt.Println("infiniteLoop goroutine started")
for {
infiniteLoopCall() // 加入此函数调用可避免卡死
}
}
在18年，已有一个“Non-cooperative goroutine preemption”的方案被提出（2019-01-18有更新），通过信号的方式强制抢占goroutine的执行权。