Goroutine 洩漏防治神器 goleak

bupt_xingxin發表於2021-03-28
Go

推薦 goleak 的背景

goroutine 作為 golang 併發實現的核心組成部分，非常容易上手使用，但卻很難駕馭得好。我們經常會遭遇各種形式的 goroutine 洩漏，這些洩漏的 goroutine 會一直存活直到程式終結。它們的佔用的棧記憶體一直無法釋放、關聯的堆記憶體也不能被 GC 清理，系統的可用記憶體會隨洩漏 goroutine 的增多越來越少，直至崩潰！

goroutine leaks

goroutine 的洩漏通常伴隨著複雜的協程間通訊，程式碼評審和常規的單元測試通常更專注於業務邏輯正確，很難完全覆蓋 goroutine 洩漏的場景；而 pprof 等效能分析工具更多是作用於監控報警/故障之後的覆盤。我們需要一款能在編譯部署前識別 goroutine 洩漏的工具，從更上游把控工程質量。

goleak(https://github.com/uber-go/goleak MIT 許可協議) 是 Uber 團隊開源的一款 goroutine 洩漏檢測工具，它可以非常輕量地整合到測試中，對於 goroutine 洩漏的防治和工程魯棒性的提升很有幫助。

防範勝於救災

goroutine 洩漏舉例

先舉個 goroutine 洩漏的例子；如下所示，leak 方法中的 ch 永遠沒有寫操作且不會關閉，讀取 ch 的 goroutine 一直處於阻塞狀態，這是一種很典型的 goroutine 洩漏。

func leak() {
    ch := make(chan struct{})
    go func() {
        ch <- struct{}{}
    }()
}

通常我們會為 leak 方法寫類似下面的測試：

func TestLeak(t *testing.T) {
    leak()
}

用 go test 執行測試看看結果：

$ go test -v -run ^TestLeak$
=== RUN   TestLeak
--- PASS: TestLeak (0.00s)
PASS
ok      cool-go.gocn.vip/goleak 0.007s

測試不出意外地順利通過了，go 內建的測試顯然無法幫我們識別 leak 中的 goroutine 洩漏。

整合 goleak 測試

goleak 暴露的方法特別精簡，通常我們只需關注 VerifyNone 和 VerifyTestMain 兩個方法，它們也對應了 goleak 的兩種整合方式：

逐用例整合

在現有測試的首行新增 defer goleak.VerifyNone(t)，即可整合 goleak 洩漏檢測：

func TestLeakWithGoleak(t *testing.T) {
    defer goleak.VerifyNone(t)
    leak()
}

這次的 go test 失敗了：

$ go test -v -run ^TestLeakWithGoleak$
=== RUN   TestLeakWithGoleak
    leaks.go:78: found unexpected goroutines:
        [Goroutine 19 in state chan send, with cool-go.gocn.vip/goleak.leak.func1 on top of the stack:
        goroutine 19 [chan send]:
        cool-go.gocn.vip/goleak.leak.func1(0xc00008c420)
                /Users/blanet/gocn/goleak/main.go:24 +0x35
        created by cool-go.gocn.vip/goleak.leak
                /Users/blanet/gocn/goleak/main.go:23 +0x4e
        ]
--- FAIL: TestLeakWithGoleak (0.45s)
FAIL
exit status 1
FAIL    cool-go.gocn.vip/goleak 0.459s

測試報告顯示名為 leak.func1 的 goroutine 發生了洩漏（leak.func1 在這裡指的是 leak 方法中的第一個匿名方法），並將測試結果置為失敗。我們成功通過 goleak 找到了 goroutine 洩漏。

通過 TestMain 整合

如果覺得逐用例整合 goleak 的方式太過繁瑣或 “入侵” 性太強，不妨試試完全不改變原有測試用例，通過在 TestMain 中新增 goleak.VerifyTestMain(m) 的方式整合 goleak：

func TestMain(m *testing.M) {
    goleak.VerifyTestMain(m)
}

這次的 go test 輸出如下：

$ go test -v -run ^TestLeak$
=== RUN   TestLeak
--- PASS: TestLeak (0.00s)
PASS
goleak: Errors on successful test run: found unexpected goroutines:
[Goroutine 19 in state chan send, with cool-go.gocn.vip/goleak.leak.func1 on top of the stack:
goroutine 19 [chan send]:
cool-go.gocn.vip/goleak.leak.func1(0xc00008c2a0)
        /Users/blanet/gocn/goleak/main.go:24 +0x35
created by cool-go.gocn.vip/goleak.leak
        /Users/blanet/gocn/goleak/main.go:23 +0x4e
]
exit status 1
FAIL    cool-go.gocn.vip/goleak 0.455s

可見，goleak 再次成功檢測到了 goroutine 洩漏，但與逐用例整合不同的是，goleak.VerifyTestMain 會先報告用例執行的結果，然後再進行洩漏分析。如果單次測試執行了多個用例且最終發生洩漏，那麼以 TestMain 方式整合的 goleak 並不能精準定位發生 goroutine 洩漏的用例，還需進一步分析。

goleak 提供了如下指令碼用於進一步推斷具體發生 goroutine 洩漏的用例，其本質是逐一執行所有用例進行分析：

# Create a test binary which will be used to run each test individually
$ go test -c -o tests

# Run each test individually, printing "." for successful tests, or the test name
# for failing tests.
$ for test in $(go test -list . | grep -E "^(Test|Example)"); do
    ./tests -test.run "^$test\$" &>/dev/null && echo -n "." || echo "\n$test failed"
done

總結

goleak 通過對執行時的棧分析獲取 goroutine 狀態，並設計了非常簡潔易用的介面與測試框架進行對接，是一款小巧強悍的 goroutine 洩漏防治利器。

當然，完備的測試用例支援是 goleak 發揮作用的基礎，大家還是要老老實實寫測試，穩穩當當搞生產！

參考資料

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