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一文搞懂如何實現Go 超時控制

為什么需要超時控制？

請求時間過長，用戶側可能已經離開本頁面了，服務端還在消耗資源處理，得到的結果沒有意義
過長時間的服務端處理會占用過多資源，導致并發能力下降，甚至出現不可用事故

Go 超時控制必要性

Go 正常都是用來寫后端服務的，一般一個請求是由多個串行或并行的子任務來完成的，每個子任務可能是另外的內部請求，那么當這個請求超時的時候，我們就需要快速返回，釋放占用的資源，比如goroutine，文件描述符等。

服務端常見的超時控制

進程內的邏輯處理
讀寫客戶端請求，比如HTTP或者RPC請求
調用其它服務端請求，包括調用RPC或者訪問DB等

沒有超時控制會怎樣？

為了簡化本文，我們以一個請求函數 hardWork 為例，用來做啥的不重要，顧名思義，可能處理起來比較慢。

func hardWork(job interface{}) error {
  time.Sleep(time.Minute)
  return nil
}

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
 return hardWork(job)
}

這時客戶端看到的就一直是大家熟悉的畫面

img src="https://gitee.com/kevwan/static/raw/master/doc/images/loading.jpg" width="25%">

絕大部分用戶都不會看一分鐘菊花，早早棄你而去，空留了整個調用鏈路上一堆資源的占用，本文不究其它細節，只聚焦超時實現。

下面我們看看該怎么來實現超時，其中會有哪些坑。

第一版實現

大家可以先不往下看，自己試著想想該怎么實現這個函數的超時，第一次嘗試：

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
  ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*2)
  defer cancel()

  done := make(chan error)
  go func() {
    done - hardWork(job)
  }()

  select {
  case err := -done:
    return err
  case -ctx.Done():
    return ctx.Err()
  }
}

我們寫個 main 函數測試一下

func main() {
  const total = 1000
  var wg sync.WaitGroup
  wg.Add(total)
  now := time.Now()
  for i := 0; i  total; i++ {
    go func() {
      defer wg.Done()
      requestWork(context.Background(), "any")
    }()
  }
  wg.Wait()
  fmt.Println("elapsed:", time.Since(now))
}

跑一下試試效果

➜ go run timeout.go
elapsed: 2.005725931s

超時已經生效。但這樣就搞定了嗎？

goroutine 泄露

讓我們在main函數末尾加一行代碼看看執行完有多少goroutine

time.Sleep(time.Minute*2)
fmt.Println("number of goroutines:", runtime.NumGoroutine())

sleep 2分鐘是為了等待所有任務結束，然后我們打印一下當前goroutine數量。讓我們執行一下看看結果

➜ go run timeout.go
elapsed: 2.005725931s
number of goroutines: 1001

goroutine泄露了，讓我們看看為啥會這樣呢？首先，requestWork 函數在2秒鐘超時后就退出了，一旦 requestWork 函數退出，那么 done channel 就沒有goroutine接收了，等到執行 done - hardWork(job) 這行代碼的時候就會一直卡著寫不進去，導致每個超時的請求都會一直占用掉一個goroutine，這是一個很大的bug，等到資源耗盡的時候整個服務就失去響應了。

那么怎么fix呢？其實也很簡單，只要 make chan 的時候把 buffer size 設為1，如下：

done := make(chan error, 1)

這樣就可以讓 done - hardWork(job) 不管在是否超時都能寫入而不卡住goroutine。此時可能有人會問如果這時寫入一個已經沒goroutine接收的channel會不會有問題，在Go里面channel不像我們常見的文件描述符一樣，不是必須關閉的，只是個對象而已，close(channel) 只是用來告訴接收者沒有東西要寫了，沒有其它用途。

改完這一行代碼我們再測試一遍：

➜ go run timeout.go
elapsed: 2.005655146s
number of goroutines: 1

goroutine泄露問題解決了！

panic 無法捕獲

讓我們把 hardWork 函數實現改成

panic("oops")

修改 main 函數加上捕獲異常的代碼如下：

go func() {
 defer func() {
  if p := recover(); p != nil {
   fmt.Println("oops, panic")
  }
 }()

 defer wg.Done()
 requestWork(context.Background(), "any")
}()

此時執行一下就會發現panic是無法被捕獲的，原因是因為在 requestWork 內部起的goroutine里產生的panic其它goroutine無法捕獲。

解決方法是在 requestWork 里加上 panicChan 來處理，同樣，需要 panicChan 的 buffer size 為1，如下：

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
  ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*2)
  defer cancel()

  done := make(chan error, 1)
  panicChan := make(chan interface{}, 1)
  go func() {
    defer func() {
      if p := recover(); p != nil {
        panicChan - p
      }
    }()

    done - hardWork(job)
  }()

  select {
  case err := -done:
    return err
  case p := -panicChan:
    panic(p)
  case -ctx.Done():
    return ctx.Err()
  }
}

改完就可以在 requestWork 的調用方處理 panic 了。

超時時長一定對嗎？

上面的 requestWork 實現忽略了傳入的 ctx 參數，如果 ctx 已有超時設置，我們一定要關注此傳入的超時是不是小于這里給的2秒，如果小于，就需要用傳入的超時，go-zero/core/contextx 已經提供了方法幫我們一行代碼搞定，只需修改如下：

ctx, cancel := contextx.ShrinkDeadline(ctx, time.Second*2)

Data race

這里 requestWork 只是返回了一個 error 參數，如果需要返回多個參數，那么我們就需要注意 data race，此時可以通過鎖來解決，具體實現參考 go-zero/zrpc/internal/serverinterceptors/timeoutinterceptor.go，這里不做贅述。

完整示例

package main

import (
  "context"
  "fmt"
  "runtime"
  "sync"
  "time"

  "github.com/tal-tech/go-zero/core/contextx"
)

func hardWork(job interface{}) error {
  time.Sleep(time.Second * 10)
  return nil
}

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
  ctx, cancel := contextx.ShrinkDeadline(ctx, time.Second*2)
  defer cancel()

  done := make(chan error, 1)
  panicChan := make(chan interface{}, 1)
  go func() {
    defer func() {
      if p := recover(); p != nil {
        panicChan - p
      }
    }()

    done - hardWork(job)
  }()

  select {
  case err := -done:
    return err
  case p := -panicChan:
    panic(p)
  case -ctx.Done():
    return ctx.Err()
  }
}

func main() {
  const total = 10
  var wg sync.WaitGroup
  wg.Add(total)
  now := time.Now()
  for i := 0; i  total; i++ {
    go func() {
      defer func() {
        if p := recover(); p != nil {
          fmt.Println("oops, panic")
        }
      }()

      defer wg.Done()
      requestWork(context.Background(), "any")
    }()
  }
  wg.Wait()
  fmt.Println("elapsed:", time.Since(now))
  time.Sleep(time.Second * 20)
  fmt.Println("number of goroutines:", runtime.NumGoroutine())
}