Go死锁——当Channel遇上Mutex时

作者：@Go和分布式IM
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背景

用metux lock for循环，在for循环中又 向带缓冲的Channel 写数据时，千万要小心死锁！
最近，我在测试ws长链接网关，平均一个星期会遇到一次服务假死问题，因为并不是所有routine被阻塞，故runtime的检查无法触发，http health check又是另开的一个端口，k8s检查不到异常，无法重启服务。
 
 
经过一番排查论证之后，确定了是 混用带缓冲的Channel和Metux造成的死锁 （具体在文末总结）问题，请看下面详细介绍。

死锁现象

我们使用了gin框架，预先接入了pprof封装组件，这样通过http（非生产）就能很方便的查看go runtime的一些信息。
 
果不其然，我们打开后发现了大量的 goroutine泄漏：
 
点开 full goroutiine stack dump，可以看到有很多死锁等待，导致goroutine被阻塞：
 其中：
  • semacquire阻塞：有9261/2 个 routine 
  • chan send阻塞：有9处
 问题出在哪里？

启发

有一个作者：https://wavded.com/post/golang-deadlockish/ 分享了一个类似的问题。
下面是引用的部分正文内容。
 1）Wait your turn
在我们为应用程序提供的一项支持服务中，每个组都有自己的Room，可以这么说。我们在向房间广播消息之前锁定了members列表，以避免任何数据竞争或可能的崩溃。像这样：
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func (r *Room) Broadcast(msg string) {
        r.membersMx.RLock()
        defer r.membersMx.RUnlock()
        for _, m := range r.members {
                if err := s.Send(msg); err != nil { // ❶
                       log.Printf("Broadcast: %v: %v", r.instance, err)
                }
        }
}

请注意，我们等待❶，直到每个成员收到消息，然后再继续下一个成员。这很快就会成为问题。

 2）另一个线索
测试人员还注意到，他们可以在重新启动服务时进入房间，并且事情似乎在一段时间内运行良好。然而，他们一离开又回来，应用程序就停止了正常工作。事实证明，他们被这个向房间添加新成员的功能挂断了：
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func (r *Room) Add(s sockjs.Session) {
        r.membersMx.Lock() // ❶
       r.members = append(r.members, s)
        r.membersMx.Unlock()
}

我们无法获得锁❶，因为我们的 Broadcast 函数仍在使用它来发送消息。

分析

得益于上面的思路，我发现确实有大量的死锁发生在 Add 位置：
 
和 wavded 直接调用 Send() 不同，我们是往一个带缓冲的channel中写数据（因为使用了 github.com/gorilla/websocket 包，它的 Writer() 函数不是线程安全的，故需要自己开一个Writer routine来处理数据的发送逻辑）：
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func (ud *UserDevice) SendMsg(ctx context.Context, msg *InternalWebsocketMessage) {
   // 注意，不是原生的Write
   if err = ud.Conn.Write(data); err != nil {
      ud.L.Debug("Write error", zap.Error(err))
   }
}
  
func (c *connectionImpl) Write(data []byte) (err error) {
   wsMsgData := &MsgData{
      MessageType: websocket.BinaryMessage,
      Data:        data,
   }
  
   c.writer <- wsMsgData // 注意这里，writer是有缓冲的，数量目前是10，如果被写满，就会阻塞
   return
}

 

然后在 给room下面的用户广播消息 的业务代码（实际有删减）调用：
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func (m *userManager) BroadcastMsgToRoom(ctx context.Context, msg *InternalWebsocketMessage, roomId []int64) {
   // 这里有互斥锁，确保map的遍历
   m.RLock()
   defer m.RUnlock()
  
   // m.users 是一个 map[int64]User类型
   for _, user := range m.users {
      user.SendMsg(ctx, msg)   // ❶
   }
}

 

当这个channel写满了，位置 ❶ 的代码就会被阻塞，从而下面的逻辑也会阻塞（因为它一直在等待读锁释放）：
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func (m *userManager) Add(device UserDeviceInterface) (User, int) {
   uid := device.UID()
  
   m.Lock() // ❶
   defer m.Unlock()
  
   user, ok := m.users[uid]
   if !ok {
      user = NewUser(uid, device.GetLogger())
      m.users[uid] = user
   }
  
   remain := user.AddDevice(device)
   return user, remain
}

 

那么，当一个ws连接建立后，它对应的go routine也就一直阻塞在 Add中了。
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func onWSUpgrade(ginCtx *gin.Context) {
   // ...
   utils.GoSafe(ctx, func(ctx context.Context) {
      // ...
      userDevice.User, remain = biz.DefaultUserManager.Add(userDevice)
   }, logger)
}

 

但是 c.writer <- wsMsgData 为什么会满了呢？再继续跟代码，发这里原来有个超时逻辑：

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func (c *connectionImpl) ExecuteLogic(ctx context.Context, device UserDeviceInterface) {
    
   go func() {
      for {
         select {
         case msg, ok := <-c.writer:
            if !ok {
               return
            }
  
            // 写超时5秒
            _ = c.conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(types.KWriteWaitTime))
            if err := c.conn.WriteMessage(msg.MessageType, msg.Data); err != nil {
               c.conn.Close()
               c.onWriteError(err, device.UserId(), device.UserId())
               return
            }
         }
      }
   }()
}

这下就能解释的通了！

别人是如何解决的？

既然有人遇到了同样的问题，我猜一些开源项目中可能就有一些细节处理，打开goim（https://github.com/Terry-Mao/goim），看到如下细节：
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// Push server push message.
func (c *Channel) Push(p *protocol.Proto) (err error) {
    select {
    case c.signal <- p:
    default:
        err = errors.ErrSignalFullMsgDropped
    }
    return
}

 

有一个select，发现了吗？如果c.signal缓冲区满，这个i/o就被阻塞，select轮询机制会执行到default，那么调用方在循环中调用Push的时候，也不会block了。

 
修改为下面代码，问题解决：
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func (c *connectionImpl) Write(data []byte) (err error) {
   wsMsgData := &MsgData{
      MessageType: websocket.BinaryMessage,
      Data:        data,
   }
  
   // if buffer full, return error immediate
   select {
   case c.writer <- wsMsgData:
   default:
      err = ErrWriteChannelFullMsgDropped
   }
   return
}

后记

其实runtime是自带死锁检测的，只不过比较严格，仅当所有的goroutine被挂起时才会触发：
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func main() {
    w := make(chan string, 2)
  
    w <- "1"
    fmt.Println("write 1")
  
    w <- "2"
    fmt.Println("write 2”)
  
    w <- "3"
}

 

上面的代码创建了带缓冲的channel，大小为2。然后向其中写入3个字符串，我们故意没有起go routine来接收数据，来看看执行的效果：
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write 1
write 2
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
  
goroutine 1 [chan send]:
main.main()
        /Users/xu/repo/github/01_struct_mutex/main.go:133 +0xdc
exit status 2

 

这个程序只有一个 main routine（runtime创建），当它被阻塞时，相当于所有的go routine被阻塞，于是触发 deadlock 报错。
 
我们改进一下，使用 select 来检查一下channel，发现满了就直接返回：
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func main() {
    w := make(chan string, 2)
  
    w <- "1"
    fmt.Println("write 1")
  
    w <- "2"
    fmt.Println("write 2")
  
    select {
    case w <- "3":
        fmt.Println("write 3")
    default:
        fmt.Println("msg flll")
    }
}

 

此时，不会触发死锁：
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write 1
write 2
msg flll

总结

用metux lock for循环，在for循环中又 向带缓冲的Channel 写数据时，千万要小心死锁！

Bad：
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func (r *Room) Broadcast(msg string) {
        r.mu.RLock()
        defer r.mu.RUnlock()
        for _, m := range r.members {
            r.writer <- msg // Bad
        }
}
 
Good：
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func (r *Room) Broadcast(msg string) {
        r.mu.RLock()
        defer r.mu.RUnlock()
  
        for _, m := range r.members {
  
           // Good👍
           select {
            case c.writer <- wsMsgData:
            default:
               fmt.Println(“ErrWriteChannelFullMsgDropped”)
            }
        }
}

 

最后，抛出2个问题
  • 当 带缓冲的channel 被写满时，到底是应该阻塞好？还是丢弃立即返回错误好？
  • 为什么不用 len(w) == cap(w) 判断channel是否写满呢？
 
第1个问题：我的答案是，根据实际业务特点决定。
第2个问题：我也暂时无法回答。
 

——————传说中的分割线——————

大家好，我目前已从C++后端转型为Golang后端，可以订阅关注下《Go和分布式IM》公众号，获取一名转型萌新Gopher的心路成长历程和升级打怪技巧。

 

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