动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?

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goroutineP会在G和M之间做工具人,负责调度GM上运行。

动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?_第1张图片

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。

动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?_第2张图片

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。

动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?_第3张图片

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。

动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?_第4张图片

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。

动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?_第5张图片

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。

动图图解!怎么让goroutine跑一半就退出?_第6张图片

main函数栈底也是goexit()

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。

最后

无用的知识又增加了。

一般情况下,业务开发中,谁会没事执行这个函数呢?

但是开发中不关心,不代表面试官不关心!

下次面试官问你,如果想在goroutine执行一半就退出协程,该怎么办?你知道该怎么回答了吧?


好了,兄弟们,有没有发现这篇文章写的又水又短,真的是因为我变懒了吗?

不!

当然不!

我是为了兄弟们的身体健康考虑,保持蹲姿太久对身体不好,懂?


如果文章对你有帮助,欢迎.....

算了。

一起在知识的海洋里呛水吧

我是小白,我们下期见!


关注:【小白debug】

参考资料

饶大的《哪来里的 goexit?》- https://qcrao.com/2021/06/07/where-is-goexit-from/

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