动图图解！怎么让goroutine跑一半就退出？

发表于 3年以前 | 总阅读数：363 次

光看标题，大家可能不太理解我说的是啥。

我们平时创建一个协程，跑一段逻辑，代码大概长这样。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)
func Foo() {
    fmt.Println("打印1")
    defer fmt.Println("打印2")
    fmt.Println("打印3")
}

func main() {
    go  Foo()
    fmt.Println("打印4")
    time.Sleep(1000*time.Second)
}

// 这段代码，正常运行会有下面的结果
打印4
打印1
打印3
打印2

注意这上面"打印2"是在defer中的，所以会在函数结束前打印。因此后置于"打印3"。

那么今天的问题是，如何让Foo()函数跑一半就结束，比如说跑到打印2，就退出协程。输出如下结果

打印4
打印1
打印2

也不卖关子了，我这边直接说答案。

在"打印2"后面插入一个 runtime.Goexit()，协程就会直接结束。并且结束前还能执行到defer里的打印2。

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)
func Foo() {
    fmt.Println("打印1")
    defer fmt.Println("打印2")
    runtime.Goexit() // 加入这行
    fmt.Println("打印3")
}

func main() {
    go  Foo()
    fmt.Println("打印4")
    time.Sleep(1000*time.Second)
}


// 输出结果
打印4
打印1
打印2

可以看到打印3这一行没出现了，协程确实提前结束了。

其实面试题到这里就讲完了，这一波自问自答可还行？

但这不是今天的重点，我们需要搞搞清楚内部的逻辑。

runtime.Goexit()是什么？

看一下内部实现。

func Goexit() {
    // 以下函数省略一些逻辑...
    gp := getg() 
    for {
    // 获取defer并执行
        d := gp._defer
        reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz))
    }
    goexit1()
}

func goexit1() {
    mcall(goexit0)
}

从代码上看，runtime.Goexit()会先执行一下defer里的方法，这里就解释了开头的代码里为什么在defer里的打印2能正常输出。

然后代码再执行goexit1。本质就是对goexit0的简单封装。

我们可以把代码继续跟下去，看看goexit0做了什么。

// goexit continuation on g0.
func goexit0(gp *g) {
  // 获取当前的 goroutine
    _g_ := getg()
    // 将当前goroutine的状态置为 _Gdead
    casgstatus(gp, _Grunning, _Gdead)
  // 全局协程数减一
    if isSystemGoroutine(gp, false) {
        atomic.Xadd(&sched.ngsys, -1)
    }

  // 省略各种清空逻辑...

  // 把g从m上摘下来。
  dropg()


    // 把这个g放回到p的本地协程队列里，放不下放全局协程队列。
    gfput(_g_.m.p.ptr(), gp)

  // 重新调度，拿下一个可运行的协程出来跑
    schedule()
}

这段代码，信息密度比较大。

很多名词可能让人一脸懵。

简单描述下，Go语言里有个GMP模型的说法，M是内核线程，G也就是我们平时用的协程goroutine，P会在G和M之间做工具人，负责调度G到M上运行。

GMP图

既然是调度，也就是说不是每个G都能一直处于运行状态，等G不能运行时，就把它存起来，再调度下一个能运行的G过来运行。

暂时不能运行的G，P上会有个本地队列去存放这些这些G，P的本地队列存不下的话，还有个全局队列，干的事情也类似。

了解这个背景后，再回到 goexit0 方法看看，做的事情就是将当前的协程G置为_Gdead状态，然后把它从M上摘下来，尝试放回到P的本地队列中。然后重新调度一波，获取另一个能跑的G，拿出来跑。

goexit

所以简单总结一下，只要执行 goexit 这个函数，当前协程就会退出，同时还能调度下一个可执行的协程出来跑。

看到这里，大家应该就能理解，开头的代码里，为什么runtime.Goexit()能让协程只执行一半就结束了。

goexit的用途

看是看懂了，但是会忍不住疑惑。面试这么问问，那只能说明你遇到了一个喜欢为难年轻人的面试官，但正经人谁会没事跑一半协程就结束呢？所以goexit的真实用途是啥？

有个小细节，不知道大家平时debug的时候有没有关注过。

为了说明问题，这里先给出一段代码。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)
func Foo() {
    fmt.Println("打印1")
}

func main() {
    go  Foo()
    fmt.Println("打印3")
    time.Sleep(1000*time.Second)
}

这是一段非常简单的代码，输出什么完全不重要。通过go关键字启动了一个goroutine执行Foo()，里面打印一下就结束，主协程sleep很长时间，只为死等。

这里我们新启动的协程里，在Foo()函数内随便打个断点。然后debug一下。

会发现，这个协程的堆栈底部是从runtime.goexit()里开始启动的。

如果大家平时有注意观察，会发现，其实所有的堆栈底部，都是从这个函数开始的。我们继续跟跟代码。

goexit是什么？

从上面的debug堆栈里点进去会发现，这是个汇编函数，可以看出调用的是runtime包内的 goexit1() 函数。

// The top-most function running on a goroutine
// returns to goexit+PCQuantum.
TEXT runtime·goexit(SB),NOSPLIT,$0-0
    BYTE    $0x90    // NOP
    CALL    runtime·goexit1(SB)    // does not return
    // traceback from goexit1 must hit code range of goexit
    BYTE    $0x90    // NOP

于是跟到了pruntime/proc.go里的代码中。

// 省略部分代码
func goexit1() {
    mcall(goexit0)
}

是不是很熟悉，这不就是我们开头讲runtime.Goexit()里内部执行的goexit0吗。

为什么每个堆栈底部都是这个方法？

我们首先需要知道的是，函数栈的执行过程，是先进后出。

假设我们有以下代码

func main() {
    B()
}

func B() {
    A()
}

func A() {

}

上面的代码是main运行B函数，B函数再运行A函数，代码执行时就跟下面的动图那样。

函数堆栈执行顺序

这个是先进后出的过程，也就是我们常说的函数栈，执行完子函数A()后，就会回到父函数B()中，执行完B()后，最后就会回到main()。这里的栈底是main()，如果在栈底插入的是 goexit 的话，那么当程序执行结束的时候就都能跑到goexit里去。

结合前面讲过的内容，我们就能知道，此时栈底的goexit，会在协程内的业务代码跑完后被执行到，从而实现协程退出，并调度下一个可执行的G来运行。

那么问题又来了，栈底插入goexit这件事是谁做的，什么时候做的？

直接说答案，这个在runtime/proc.go里有个newproc1方法，只要是创建协程都会用到这个方法。里面有个地方是这么写的。

func newproc1(fn *funcval, argp unsafe.Pointer, narg int32, callergp *g, callerpc uintptr) {
    // 获取当前g
  _g_ := getg()
    // 获取当前g所在的p
    _p_ := _g_.m.p.ptr()
  // 创建一个新 goroutine
    newg := gfget(_p_)

    // 底部插入goexit
    newg.sched.pc = funcPC(goexit) + sys.PCQuantum 
    newg.sched.g = guintptr(unsafe.Pointer(newg))
    // 把新创建的g放到p中
    runqput(_p_, newg, true)

    // ...
}

主要的逻辑是获取当前协程G所在的调度器P，然后创建一个新G，并在栈底插入一个goexit。

所以我们每次debug的时候，就都能看到函数栈底部有个goexit函数。

main函数也是个协程，栈底也是goexit？

关于main函数栈底是不是也有个goexit，我们对下面代码断点看下。直接得出结果。

main函数栈底也是goexit()。

从 asm_amd64.s可以看到Go程序启动的流程，这里提到的 runtime·mainPC 其实就是 runtime.main.

  // create a new goroutine to start program
    MOVQ    $runtime·mainPC(SB), AX        // 也就是runtime.main
    PUSHQ    AX
    PUSHQ    $0            // arg size
    CALL    runtime·newproc(SB)

通过runtime·newproc创建runtime.main协程，然后在runtime.main里会启动main.main函数，这个就是我们平时写的那个main函数了。

// runtime/proc.go
func main() {
    // 省略大量代码
    fn := main_main // 其实就是我们的main函数入口
    fn() 
}

//go:linkname main_main main.main
func main_main()

结论是，其实main函数也是由newproc创建的，只要通过newproc创建的goroutine，栈底就会有一个goexit。

os.Exit()和runtime.Goexit()有什么区别

最后再回到开头的问题，实现一下首尾呼应。

开头的面试题，除了runtime.Goexit()，是不是还可以改为用os.Exit()？

同样都是带有"退出"的含义，两者退出的对象不同。os.Exit() 指的是整个进程退出；而runtime.Goexit()指的是协程退出。

可想而知，改用os.Exit() 这种情况下，defer里的内容就不会被执行到了。

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "time"
)
func Foo() {
    fmt.Println("打印1")
    defer fmt.Println("打印2")
    os.Exit(0)
    fmt.Println("打印3")
}

func main() {
    go  Foo()
    fmt.Println("打印4")
    time.Sleep(1000*time.Second)
}

// 输出结果
打印4
打印1

总结

•通过 runtime.Goexit()可以做到提前结束协程，且结束前还能执行到defer的内容•runtime.Goexit()其实是对goexit0的封装，只要执行 goexit0 这个函数，当前协程就会退出，同时还能调度下一个可执行的协程出来跑。•通过newproc可以创建出新的goroutine，它会在函数栈底部插入一个goexit。•os.Exit() 指的是整个进程退出；而runtime.Goexit()指的是协程退出。两者含义有区别。