golang race检查

1. 数据争用

数据争用在golang中指两个协程同时访问相同的内存空间，并且至少有一个是写操作，就是线程不安全的问题

在golang中有一种经典的数据争用错误

func save(g *data){
    saveToRedis(g)
}

func main(){
    var a    map [int]data
    for _,k:=   range a{
        go save(&k)
    }
}

 

可能乍一看并没有什么错误，但这其实是不安全的

在使用range时，变量k是一个堆上地址不变的对象，该地址存储的值会随着range的遍历而发生变化

如果此时我们将变量k的地址放入协程save()，已提供不阻塞的数据存储，那么最后的记过将会是后面的数据覆盖掉前面的数据，并且每一次的数据也不一定是完整的

 

2. race检查

golang提供了race工具来检测数据争用问题，当检测器在程序中找到数据争用时，将打印报告

该报告包含发生race冲突的协程栈以及此时正在运行的协程栈

race检查可以使用在多个go指令中：

go test -race mypkg
go run -race main.go
go build -race mycmd
go install -race mypkg

 

3. race检查原理

race借助了ThreadSanitizer，这是google为了解决大量C++代码的数据争用问题而开发的一个工具，在golang中通过CGO的形式进行调用

从之前的数据争用问题可以看出，当不同的协程访问同一块内存区域并且至少有一个写时，会触发数据争用，当然也有可能不触发

 

3.1 矢量时钟技术

当两个协程访问同一块内存区域时，一种是协程A结束后，协程B继续执行，另一种则相反

在加互斥锁的情况下，A和B是不可能同时对一个内存区域进行写操作的，所以二者存在明显的顺序关系，这种关系就叫做happened-before

矢量时钟技术用来观察事件之间的happened-before，该技术在分布式系统中广泛应用，用于确定分布式系统中事件的因果关系，也可以用做数据争用的检测

在golang中，有n个协程就会有对应的n个逻辑时钟，而矢量时钟是所有这些逻辑时钟组成的数组，表示形式为 t=<t1, t2, t3, ...>

 

在下面这个例子中，有两个协程GA GB同时对一个一个变量count做加一的操作，这就是矢量时钟查看到的happened-before顺序

首先GA对变量count加互斥锁，然后对其做++操作

GB能够观察到GA对临界区加锁了，当GA释放锁时，其会更新内部对于协程GA的逻辑时钟，并增加自己的逻辑时钟，完成下一次++操作

 

3.2 何时触发race事件

在golang中，每个协程在创建之处都会初始化矢量时钟，并在读取或写入事件时修改自己的逻辑时钟

触发race事件的方式主要有两种

• 在golang运行时大量注入触发事件，例如在切片、数组、map、channel时
• 编译器自动插入，编译器在可能会发生数据争用的地方自动插入race相关指令

 

主要根据以下四点来判断是否发生数据争用：

• 是否有一个操作是写操作
• 是否接触了同一块内存
• 是否是不同的协程
• 两个事件之间是否是happened-before关系

例如当前GB的矢量时钟为<0, 1>，GA只存储了逻辑时钟2，可以被看做<2, x>，x可能是任意值，因此不能判断二者存在争用

当x > 1时，GA -> GB；当x < 1时，二者不存在任何顺序关系，证明发生了数据争用