深入理解 Go defer

Developer 發(fā)布于2019-07-01 12:50 / 1153人閱讀

摘要：在上一章節(jié)深入理解中，我們發(fā)現(xiàn)了與其關(guān)聯(lián)性極大，還是覺(jué)得非常有必要深入一下。而返回的就是，因此可以防止重復(fù)調(diào)用小結(jié)在這個(gè)函數(shù)中會(huì)為新的設(shè)置一些基礎(chǔ)屬性，并將調(diào)用函數(shù)的參數(shù)集傳入。

在上一章節(jié) 《深入理解 Go panic and recover》中，我們發(fā)現(xiàn)了 defer 與其關(guān)聯(lián)性極大，還是覺(jué)得非常有必要深入一下。希望通過(guò)本章節(jié)大家可以對(duì) defer 關(guān)鍵字有一個(gè)深刻的理解，那么我們開始吧。你先等等，請(qǐng)排好隊(duì)，我們這兒采取后進(jìn)先出 LIFO 的出站方式...

原文地址：深入理解 Go defer

特性

我們簡(jiǎn)單的過(guò)一下 defer 關(guān)鍵字的基礎(chǔ)使用，讓大家先有一個(gè)基礎(chǔ)的認(rèn)知

一、延遲調(diào)用

func main() {
    defer log.Println("EDDYCJY.")

    log.Println("end.")
}

輸出結(jié)果：

$ go run main.go            
2019/05/19 21:15:02 end.
2019/05/19 21:15:02 EDDYCJY.

二、后進(jìn)先出

func main() {
    for i := 0; i < 6; i++ {
        defer log.Println("EDDYCJY" + strconv.Itoa(i) + ".")
    }


    log.Println("end.")
}

輸出結(jié)果：

$ go run main.go
2019/05/19 21:19:17 end.
2019/05/19 21:19:17 EDDYCJY5.
2019/05/19 21:19:17 EDDYCJY4.
2019/05/19 21:19:17 EDDYCJY3.
2019/05/19 21:19:17 EDDYCJY2.
2019/05/19 21:19:17 EDDYCJY1.
2019/05/19 21:19:17 EDDYCJY0.

三、運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)

func main() {
    func() {
         defer log.Println("defer.EDDYCJY.")
    }()

    log.Println("main.EDDYCJY.")
}

輸出結(jié)果：

$ go run main.go 
2019/05/22 23:30:27 defer.EDDYCJY.
2019/05/22 23:30:27 main.EDDYCJY.

四、異常處理

func main() {
    defer func() {
        if e := recover(); e != nil {
            log.Println("EDDYCJY.")
        }
    }()

    panic("end.")
}

輸出結(jié)果：

$ go run main.go 
2019/05/20 22:22:57 EDDYCJY.

源碼剖析

$ go tool compile -S main.go 
"".main STEXT size=163 args=0x0 locals=0x40
    ...
    0x0059 00089 (main.go:6)    MOVQ    AX, 16(SP)
    0x005e 00094 (main.go:6)    MOVQ    $1, 24(SP)
    0x0067 00103 (main.go:6)    MOVQ    $1, 32(SP)
    0x0070 00112 (main.go:6)    CALL    runtime.deferproc(SB)
    0x0075 00117 (main.go:6)    TESTL    AX, AX
    0x0077 00119 (main.go:6)    JNE    137
    0x0079 00121 (main.go:7)    XCHGL    AX, AX
    0x007a 00122 (main.go:7)    CALL    runtime.deferreturn(SB)
    0x007f 00127 (main.go:7)    MOVQ    56(SP), BP
    0x0084 00132 (main.go:7)    ADDQ    $64, SP
    0x0088 00136 (main.go:7)    RET
    0x0089 00137 (main.go:6)    XCHGL    AX, AX
    0x008a 00138 (main.go:6)    CALL    runtime.deferreturn(SB)
    0x008f 00143 (main.go:6)    MOVQ    56(SP), BP
    0x0094 00148 (main.go:6)    ADDQ    $64, SP
    0x0098 00152 (main.go:6)    RET
    ...

首先我們需要找到它，找到它實(shí)際對(duì)應(yīng)什么執(zhí)行代碼。通過(guò)匯編代碼，可得知涉及如下方法：

runtime.deferproc

runtime.deferreturn

很顯然是運(yùn)行時(shí)的方法，是對(duì)的人。我們繼續(xù)往下走看看都分別承擔(dān)了什么行為

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在開始前我們需要先介紹一下 defer 的基礎(chǔ)單元 _defer 結(jié)構(gòu)體，如下：

type _defer struct {
    siz     int32
    started bool
    sp      uintptr // sp at time of defer
    pc      uintptr
    fn      *funcval
    _panic  *_panic // panic that is running defer
    link    *_defer
}

...
type funcval struct {
    fn uintptr
    // variable-size, fn-specific data here
}

siz：所有傳入?yún)?shù)的總大小

started：該 defer 是否已經(jīng)執(zhí)行過(guò)

sp：函數(shù)棧指針寄存器，一般指向當(dāng)前函數(shù)棧的棧頂

pc：程序計(jì)數(shù)器，有時(shí)稱為指令指針(IP)，線程利用它來(lái)跟蹤下一個(gè)要執(zhí)行的指令。在大多數(shù)處理器中，PC指向的是下一條指令，而不是當(dāng)前指令

fn：指向傳入的函數(shù)地址和參數(shù)

_panic：指向 _panic 鏈表

link：指向 _defer 鏈表

deferproc

func deferproc(siz int32, fn *funcval) {
    ...
    sp := getcallersp()
    argp := uintptr(unsafe.Pointer(&fn)) + unsafe.Sizeof(fn)
    callerpc := getcallerpc()

    d := newdefer(siz)
    ...
    d.fn = fn
    d.pc = callerpc
    d.sp = sp
    switch siz {
    case 0:
        // Do nothing.
    case sys.PtrSize:
        *(*uintptr)(deferArgs(d)) = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(argp))
    default:
        memmove(deferArgs(d), unsafe.Pointer(argp), uintptr(siz))
    }

    return0()
}

獲取調(diào)用 defer 函數(shù)的函數(shù)棧指針、傳入函數(shù)的參數(shù)具體地址以及PC （程序計(jì)數(shù)器），也就是下一個(gè)要執(zhí)行的指令。這些相當(dāng)于是預(yù)備參數(shù)，便于后續(xù)的流轉(zhuǎn)控制

創(chuàng)建一個(gè)新的 defer 最小單元 _defer，填入先前準(zhǔn)備的參數(shù)

調(diào)用 memmove 將傳入的參數(shù)存儲(chǔ)到新 _defer （當(dāng)前使用）中去，便于后續(xù)的使用

最后調(diào)用 return0 進(jìn)行返回，這個(gè)函數(shù)非常重要。能夠避免在 deferproc 中又因?yàn)榉祷?return，而誘發(fā) deferreturn 方法的調(diào)用。其根本原因是一個(gè)停止 panic 的延遲方法會(huì)使 deferproc 返回 1，但在機(jī)制中如果 deferproc 返回不等于 0，將會(huì)總是檢查返回值并跳轉(zhuǎn)到函數(shù)的末尾。而 return0 返回的就是 0，因此可以防止重復(fù)調(diào)用

小結(jié)

在這個(gè)函數(shù)中會(huì)為新的 _defer 設(shè)置一些基礎(chǔ)屬性，并將調(diào)用函數(shù)的參數(shù)集傳入。最后通過(guò)特殊的返回方法結(jié)束函數(shù)調(diào)用。另外這一塊與先前《深入理解 Go panic and recover》的處理邏輯有一定關(guān)聯(lián)性，其實(shí)就是 gp.sched.ret 返回 0 還是 1 會(huì)分流至不同處理方式

newdefer

func newdefer(siz int32) *_defer {
    var d *_defer
    sc := deferclass(uintptr(siz))
    gp := getg()
    if sc < uintptr(len(p{}.deferpool)) {
        pp := gp.m.p.ptr()
        if len(pp.deferpool[sc]) == 0 && sched.deferpool[sc] != nil {
            ...
            lock(&sched.deferlock)
            d := sched.deferpool[sc]
            unlock(&sched.deferlock)
        }
        ...
    }
    if d == nil {
        systemstack(func() {
            total := roundupsize(totaldefersize(uintptr(siz)))
            d = (*_defer)(mallocgc(total, deferType, true))
        })
        ...
    }
    d.siz = siz
    d.link = gp._defer
    gp._defer = d
    return d
}

從池中獲取可以使用的 _defer，則復(fù)用作為新的基礎(chǔ)單元

若在池中沒(méi)有獲取到可用的，則調(diào)用 mallocgc 重新申請(qǐng)一個(gè)新的

設(shè)置 defer 的基礎(chǔ)屬性，最后修改當(dāng)前 Goroutine 的 _defer 指向

通過(guò)這個(gè)方法我們可以注意到兩點(diǎn)，如下：

defer 與 Goroutine(g) 有直接關(guān)系，所以討論 defer 時(shí)基本離不開 g 的關(guān)聯(lián)

新的 defer 總是會(huì)在現(xiàn)有的鏈表中的最前面，也就是 defer 的特性后進(jìn)先出

小結(jié)

這個(gè)函數(shù)主要承擔(dān)了獲取新的 _defer 的作用，它有可能是從 deferpool 中獲取的，也有可能是重新申請(qǐng)的

deferreturn

func deferreturn(arg0 uintptr) {
    gp := getg()
    d := gp._defer
    if d == nil {
        return
    }
    sp := getcallersp()
    if d.sp != sp {
        return
    }

    switch d.siz {
    case 0:
        // Do nothing.
    case sys.PtrSize:
        *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&arg0)) = *(*uintptr)(deferArgs(d))
    default:
        memmove(unsafe.Pointer(&arg0), deferArgs(d), uintptr(d.siz))
    }
    fn := d.fn
    d.fn = nil
    gp._defer = d.link
    freedefer(d)
    jmpdefer(fn, uintptr(unsafe.Pointer(&arg0)))
}

如果在一個(gè)方法中調(diào)用過(guò) defer 關(guān)鍵字，那么編譯器將會(huì)在結(jié)尾處插入 deferreturn 方法的調(diào)用。而該方法中主要做了如下事項(xiàng)：

清空當(dāng)前節(jié)點(diǎn) _defer 被調(diào)用的函數(shù)調(diào)用信息

釋放當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的 _defer 的存儲(chǔ)信息并放回池中（便于復(fù)用）

跳轉(zhuǎn)到調(diào)用 defer 關(guān)鍵字的調(diào)用函數(shù)處

在這段代碼中，跳轉(zhuǎn)方法 jmpdefer 格外重要。因?yàn)樗@式的控制了流轉(zhuǎn)，代碼如下：

// asm_amd64.s
TEXT runtime·jmpdefer(SB), NOSPLIT, $0-16
    MOVQ    fv+0(FP), DX    // fn
    MOVQ    argp+8(FP), BX    // caller sp
    LEAQ    -8(BX), SP    // caller sp after CALL
    MOVQ    -8(SP), BP    // restore BP as if deferreturn returned (harmless if framepointers not in use)
    SUBQ    $5, (SP)    // return to CALL again
    MOVQ    0(DX), BX
    JMP    BX    // but first run the deferred function

通過(guò)源碼的分析，我們發(fā)現(xiàn)它做了兩個(gè)很 “奇怪” 又很重要的事，如下：

MOVQ -8(SP), BP：-8(BX) 這個(gè)位置保存的是 deferreturn 執(zhí)行完畢后的地址

SUBQ $5, (SP)：SP 的地址減 5 ，其減掉的長(zhǎng)度就恰好是 runtime.deferreturn 的長(zhǎng)度

你可能會(huì)問(wèn)，為什么是 5？好吧。翻了半天最后看了一下匯編代碼...嗯，相減的確是 5 沒(méi)毛病，如下：

    0x007a 00122 (main.go:7)    CALL    runtime.deferreturn(SB)
    0x007f 00127 (main.go:7)    MOVQ    56(SP), BP

我們整理一下思緒，照上述邏輯的話，那 deferreturn 就是一個(gè) “遞歸” 了哦。每次都會(huì)重新回到 deferreturn 函數(shù)，那它在什么時(shí)候才會(huì)結(jié)束呢，如下：

func deferreturn(arg0 uintptr) {
    gp := getg()
    d := gp._defer
    if d == nil {
        return
    }
    ...
}

也就是會(huì)不斷地進(jìn)入 deferreturn 函數(shù)，判斷鏈表中是否還存著 _defer。若已經(jīng)不存在了，則返回，結(jié)束掉它。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是處理完全部 defer 才允許你真的離開它。果真如此嗎？我們?cè)倏纯瓷厦娴膮R編代碼，如下：

    。..
    0x0070 00112 (main.go:6)    CALL    runtime.deferproc(SB)
    0x0075 00117 (main.go:6)    TESTL    AX, AX
    0x0077 00119 (main.go:6)    JNE    137
    0x0079 00121 (main.go:7)    XCHGL    AX, AX
    0x007a 00122 (main.go:7)    CALL    runtime.deferreturn(SB)
    0x007f 00127 (main.go:7)    MOVQ    56(SP), BP
    0x0084 00132 (main.go:7)    ADDQ    $64, SP
    0x0088 00136 (main.go:7)    RET
    0x0089 00137 (main.go:6)    XCHGL    AX, AX
    0x008a 00138 (main.go:6)    CALL    runtime.deferreturn(SB)
    ...

的確如上述流程所分析一致，驗(yàn)證完畢

小結(jié)

這個(gè)函數(shù)主要承擔(dān)了清空已使用的 defer 和跳轉(zhuǎn)到調(diào)用 defer 關(guān)鍵字的函數(shù)處，非常重要

總結(jié)

我們有提到 defer 關(guān)鍵字涉及兩個(gè)核心的函數(shù)，分別是 deferproc 和 deferreturn 函數(shù)。而 deferreturn 函數(shù)比較特殊，是當(dāng)應(yīng)用函數(shù)調(diào)用 defer 關(guān)鍵字時(shí)，編譯器會(huì)在其結(jié)尾處插入 deferreturn 的調(diào)用，它們倆一般都是成對(duì)出現(xiàn)的

但是當(dāng)一個(gè) Goroutine 上存在著多次 defer 行為（也就是多個(gè) _defer）時(shí)，編譯器會(huì)進(jìn)行利用一些小技巧，重新回到 deferreturn 函數(shù)去消耗 _defer 鏈表，直到一個(gè)不剩才允許真正的結(jié)束

而新增的基礎(chǔ)單元 _defer，有可能是被復(fù)用的，也有可能是全新申請(qǐng)的。它最后都會(huì)被追加到 _defer 鏈表的表頭，從而設(shè)定了后進(jìn)先出的調(diào)用特性

關(guān)聯(lián)

深入理解 Go panic and recover

參考

Scheduling In Go

Dive into stack and defer/panic/recover in go

golang-notes

云服務(wù)器 GPU云服務(wù)器深入理解系列深入理解linux 深入理解webrtc 深入理解python

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