一文搞懂如何實現 Go 超時控制

pubian877發表於2021-03-30
Go

為什麼需要超時控制？

  • 請求時間過長，使用者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佔用過多資源，導致併發能力下降，甚至出現不可用事故

Go 超時控制必要性

Go 正常都是用來寫後端服務的，一般一個請求是由多個序列或並行的子任務來完成的，每個子任務可能是另外的內部請求，那麼當這個請求超時的時候，我們就需要快速返回，釋放佔用的資源，比如goroutine，檔案描述符等。

服務端常見的超時控制

  • 程式內的邏輯處理
  • 讀寫客戶端請求，比如HTTP或者RPC請求
  • 呼叫其它服務端請求，包括呼叫RPC或者訪問DB等

沒有超時控制會怎樣？

為了簡化本文，我們以一個請求函式 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

loading.jpg

絕大部分使用者都不會看一分鐘菊花，早早棄你而去，空留了整個呼叫鏈路上一堆資源的佔用，本文不究其它細節，只聚焦超時實現。

下面我們看看該怎麼來實現超時，其中會有哪些坑。

第一版實現

大家可以先不往下看，自己試著想想該怎麼實現這個函式的超時，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 函式測試一下

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 洩露

讓我們在main函式末尾加一行程式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，然後我們列印一下當前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洩露了，讓我們看看為啥會這樣呢？首先，requestWork 函式在2秒鐘超時後就退出了，一旦 requestWork 函式退出，那麼 done channel 就沒有goroutine接收了，等到執行 done <- hardWork(job) 這行程式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佔用掉一個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。

那麼怎麼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裡面channel不像我們常見的檔案描述符一樣，不是必須關閉的，只是個物件而已，close(channel) 只是用來告訴接收者沒有東西要寫了，沒有其它用途。

改完這一行程式碼我們再測試一遍：

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

goroutine洩露問題解決了！

panic 無法捕獲

讓我們把 hardWork 函式實現改成

panic("oops")

修改 main 函式加上捕獲異常的程式碼如下：

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裡產生的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 的呼叫方處理 panic 了。

超時時長一定對嗎？

上面的 requestWork 實現忽略了傳入的 ctx 引數，如果 ctx 已有超時設定，我們一定要關注此傳入的超時是不是小於這裡給的2秒，如果小於，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程式碼搞定，只需修改如下：

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

Data race

這裡 requestWork 只是返回了一個 error 引數，如果需要返回多個引數，那麼我們就需要注意 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，這裡不做贅述。

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())
}

更多細節

請參考 go-zero 原始碼：

  • go-zero/core/fx/timeout.go
  • go-zero/zrpc/internal/clientinterceptors/timeoutinterceptor.go
  • go-zero/zrpc/internal/serverinterceptors/timeoutinterceptor.go

專案地址

github.com/tal-tech/go-zero

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