一些常见的并发编程错误

Go 并不会阻止一些因 Go 程序员粗心大意或者缺乏经验而造成的并发编程错误。在本文的下面部分将展示一些在 Go 编程中常见的并发编程错误,以帮助 Go 程序员们避免再犯类似的错误。

-- Go101

致谢

编译自 | https://go101.org/article/concurrent-common-mistakes.html

作者 | Go101

译者 | qhwdw 共计翻译:117篇 贡献时间:212 天

Go 是一个内置支持并发编程的语言。借助使用 关键字去创建协程goroutine(轻量级线程)和在 Go 中提供的使用

[1]

信道

[2]

和其它的并发

[3]

同步方法

[4]

,使得并发编程变得很容易、很灵活和很有趣。

另一方面,Go 并不会阻止一些因 Go 程序员粗心大意或者缺乏经验而造成的并发编程错误。在本文的下面部分将展示一些在 Go 编程中常见的并发编程错误,以帮助 Go 程序员们避免再犯类似的错误。

需要同步的时候没有同步

代码行或许不是按出现的顺序运行的

[5]

在下面的程序中有两个错误。

◈ 第一,在 协程中读取 和在新的 协程 中写入 可能导致数据争用。

◈ 第二,条件 并不能保证在 协程 中的 。在新的协程中编译器和 CPU 可能会通过重排序指令

[5]

进行优化,因此,在运行时 赋值可能发生在 赋值之前,在 协程 中当 被修改后,它将会让部分 一直保持为 。

上面的程序或者在一台计算机上运行的很好,但是在另一台上可能会引发异常。或者它可能运行了N次都很好,但是可能在第(N+1)次引发了异常。

我们将使用 标准包中提供的信道或者同步方法去确保内存中的顺序。例如,

使用 调用去做同步

我们先来看一个简单的例子。

我们预期程序将打印出 。如果我们运行它,通常情况下,它确定打印的是 。但是,这个程序使用的同步方式好吗?No!原因是 Go 运行时并不保证 的写入一定会发生在 的读取之前。在某些条件下,比如在同一个操作系统上,大部分 CPU 资源被其它运行的程序所占用的情况下,写入 可能就会发生在读取 之后。这就是为什么我们在正式的项目中,从来不使用 调用去实现同步的原因。

我们来看一下另外一个示例。

你认为程序的预期输出是什么? 还是 ?事实上它的输出与编译器有关。对于标准的 Go 编译器 1.10 来说,这个程序很有可能输出是 。但是在理论上,它可能输出的是 ,或者其它的随机数。

现在,我们来改变 为 ,然后再次运行这个程序。你将会发现输出变成了 (使用标准的 Go 编译器 1.10)。这再次说明它的输出是与编译器相关的。

是的,在上面的程序中存在数据争用。表达式 可能会被先计算、后计算、或者在处理赋值语句 时计算。 调用并不能保证 发生在赋值语句处理之前进行。

对于这个特定的示例,我们将在新的协程创建之前,将值保存到一个临时值中,然后在新的协程中使用临时值去消除数据争用。

使协程挂起

挂起协程是指让协程一直处于阻塞状态。导致协程被挂起的原因很多。比如,

◈ 一个协程尝试从一个 nil 信道中或者从一个没有其它协程给它发送值的信道中检索数据。

◈ 一个协程尝试去发送一个值到 nil 信道,或者发送到一个没有其它的协程接收值的信道中。

◈ 一个协程被它自己死锁。

◈ 一组协程彼此死锁。

◈ 当运行一个没有 分支的 代码块时,一个协程被阻塞,以及在 代码块中 关键字后的所有信道操作保持阻塞状态。

除了有时我们为了避免程序退出,特意让一个程序中的 协程保持挂起之外,大多数其它的协程挂起都是意外情况。Go 运行时很难判断一个协程到底是处于挂起状态还是临时阻塞。因此,Go 运行时并不会去释放一个挂起的协程所占用的资源。

在谁先响应谁获胜

[6]

的信道使用案例中,如果使用的 future 信道容量不够大,当尝试向 Future 信道发送结果时,一些响应较慢的信道将被挂起。比如,如果调用下面的函数,将有 4 个协程处于永远阻塞状态。

为避免这 4 个协程一直处于挂起状态, 信道的容量必须至少是 。

在实现谁先响应谁获胜的第二种方法

[7]

的信道使用案例中,如果将 future 信道用做非缓冲信道,那么有可能这个信息将永远也不会有响应而挂起。例如,如果在一个协程中调用下面的函数,协程可能会挂起。原因是,如果接收操作 准备就绪之前,五个发送操作全部尝试发送,那么所有的尝试发送的操作将全部失败,因此那个调用者协程将永远也不会接收到值。

将信道 变成缓冲信道将保证五个发送操作中的至少一个操作会发送成功,这样,上面函数中的那个调用者协程将不会被挂起。

在 标准包中拷贝类型值

在实践中, 标准包中的类型值不会被拷贝。我们应该只拷贝这个值的指针。

下面是一个错误的并发编程示例。在这个示例中,当调用 方法时,将拷贝一个 接收值。作为接收值的一个字段, 接收值的各个 字段也会被拷贝。拷贝不是同步发生的,因此,拷贝的 值可能会出错。即便是没有错误,拷贝的 接收值的访问保护也是没有意义的。

我们只需要改变 接收类型方法为指针类型 ,就可以避免拷贝 值。

在官方的 Go SDK 中提供的 命令将会报告潜在的错误值拷贝。

在错误的地方调用 的方法

每个 值维护一个内部计数器,这个计数器的初始值为 0。如果一个 计数器的值是 0,调用 值的 方法就不会被阻塞,否则,在计数器值为 0 之前,这个调用会一直被阻塞。

为了让 值的使用有意义,当一个 计数器值为 0 时,必须在相应的 值的 方法调用之前,去调用 值的 方法。

例如,下面的程序中,在不正确位置调用了 方法,这将使最后打印出的数字不总是 。事实上,这个程序最后打印的数字可能是在 范围内的一个随意数字。原因就是 方法的调用并不保证一定会发生在 方法调用之前。

为让程序的表现符合预期,在 循环中,我们将把 方法的调用移动到创建的新协程的范围之外,修改后的代码如下。

不正确使用 futures 信道

在信道使用案例

[1]

的文章中,我们知道一些函数将返回futures 信道

[8]

。假设 和 就是这样的两个函数,那么下面的调用就使用了不正确的 future 参数。

在上面的代码行中,两个信道接收操作是顺序进行的,而不是并发的。我们做如下修改使它变成并发操作。

没有等协程的最后的活动的发送结束就关闭信道

Go 程序员经常犯的一个错误是,还有一些其它的协程可能会发送值到以前的信道时,这个信道就已经被关闭了。当这样的发送(发送到一个已经关闭的信道)真实发生时,将引发一个异常。

这种错误在一些以往的著名 Go 项目中也有发生,比如在 Kubernetes 项目中的这个 bug

[9]

和这个 bug

[10]

如何安全和优雅地关闭信道,请阅读这篇文章

[11]

在值上做 64 位原子操作时没有保证值地址 64 位对齐

到目前为止(Go 1.10),在标准的 Go 编译器中,在一个 64 位原子操作中涉及到的值的地址要求必须是 64 位对齐的。如果没有对齐则导致当前的协程异常。对于标准的 Go 编译器来说,这种失败仅发生在 32 位的架构上。请阅读内存布局

[12]

去了解如何在一个 32 位操作系统上保证 64 位对齐。

没有注意到大量的资源被 函数调用占用

在 标准包中的 函数返回一个延迟通知的信道

[13]

。这个函数在某些情况下用起来很便捷,但是,每次调用它将创建一个 类型的新值。这个新创建的 值在通过传递参数到 函数指定期间保持激活状态,如果在这个期间过多的调用了该函数,可能会有太多的 值保持激活,这将占用大量的内存和计算资源。

例如,如果调用了下列的 函数,将在一分钟内产生大量的消息,然后在某些周期内将有大量的 值保持激活,即便是大量的这些 值已经没用了也是如此。

为避免在上述代码中创建过多的 值,我们将使用一个单一的 值去完成同样的任务。

不正确地使用 值

在最后,我们将展示一个符合语言使用习惯的 值的使用示例。需要注意的一个细节是,那个 方法总是在停止或者 值释放时被使用。

在 块的第一个 分支的结束部分, 值被释放,因此,我们不需要去停止它。但是必须在第二个分支中停止定时器。如果在第二个分支中 代码块缺失,它可能至少在 方法调用时,会(通过 Go 运行时)发送到 信道,并且那个 函数可能会早于预期返回,对于 方法来说,它可能仅仅是重置内部定时器为 0,它将不会清理(耗尽)那个发送到 信道的值。

例如,下面的程序很有可能在一秒内而不是十秒时退出。并且更重要的是,这个程序并不是 DRF 的(LCTT 译注:data race free,多线程程序的一种同步程度)。

当 的值不再被其它任何一个东西使用时,它的值可能被停留在一种非停止状态,但是,建议在结束时停止它。

在多个协程中如果不按建议使用 值并发,可能会有 bug 隐患。

我们不应该依赖一个 方法调用的返回值。 方法返回值的存在仅仅是为了兼容性目的。

via:https://go101.org/article/concurrent-common-mistakes.html

作者:go101.org

[15]

译者:qhwdw校对:wxy

本文由LCTT原创编译,Linux中国荣誉推出

  • 发表于:
  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20180608B0BHQY00?refer=cp_1026
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