go中panic源码解读

2022-08-15 07:55:16

panic源码解读

前言

本文是在go version go1.13.15 darwin/amd64上进行的

panic的作用

  • panic能够改变程序的控制流，调用panic后会立刻停止执行当前函数的剩余代码，并在当前Goroutine中递归执行调用方的defer；

  • recover可以中止panic造成的程序崩溃。它是一个只能在defer中发挥作用的函数，在其他作用域中调用不会发挥作用；

举个栗子

package main

import "fmt"

func main() {
	fmt.Println(1)
	func() {
		fmt.Println(2)
		panic("3")
	}()
	fmt.Println(4)
}

输出

1
2
panic: 3

goroutine 1 [running]:
main.main.func1(...)
        /Users/yj/Go/src/Go-POINT/panic/main.go:9
main.main()
        /Users/yj/Go/src/Go-POINT/panic/main.go:10 +0xee

panic后会立刻停止执行当前函数的剩余代码，所以4没有打印出来

对于recover

  • panic只会触发当前Goroutine的defer；

  • recover只有在defer中调用才会生效；

  • panic允许在defer中嵌套多次调用；

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	fmt.Println(1)

	defer func() {
		if err := recover(); err != nil {
			fmt.Println(err)
		}
	}()

	go func() {
		fmt.Println(2)
		panic("3")
	}()
	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Println(4)
}

上面的栗子，因为recover和panic不在同一个goroutine中，所以不会捕获到

嵌套的demo

func main() {
	defer fmt.Println("in main")
	defer func() {
		defer func() {
			panic("3 panic again and again")
		}()
		panic("2 panic again")
	}()

	panic("1 panic once")
}

输出

in main
panic: 1 panic once
        panic: 2 panic again
        panic: 3 panic again and again

goroutine 1 [running]:
...

多次调用panic也不会影响defer函数的正常执行，所以使用defer进行收尾工作一般来说都是安全的。

panic使用场景

  • error：可预见的错误

  • panic：不可预见的异常

需要注意的是，你应该尽可能地使用error，而不是使用panic和recover。只有当程序不能继续运行的时候，才应该使用panic和recover机制。

panic有两个合理的用例。

1、发生了一个不能恢复的错误，此时程序不能继续运行。 一个例子就是 web 服务器无法绑定所要求的端口。在这种情况下，就应该使用 panic，因为如果不能绑定端口，啥也做不了。

2、发生了一个编程上的错误。 假如我们有一个接收指针参数的方法，而其他人使用 nil 作为参数调用了它。在这种情况下，我们可以使用panic，因为这是一个编程错误：用 nil 参数调用了一个只能接收合法指针的方法。

在一般情况下，我们不应通过调用panic函数来报告普通的错误，而应该只把它作为报告致命错误的一种方式。当某些不应该发生的场景发生时，我们就应该调用panic。

总结下panic的使用场景:

  • 1、空指针引用

  • 2、下标越界

  • 3、除数为0

  • 4、不应该出现的分支，比如default

  • 5、输入不应该引起函数错误

看下实现

先来看下_panic的结构

// _panic 保存了一个活跃的 panic
//
// 这个标记了 go:notinheap 因为 _panic 的值必须位于栈上
//
// argp 和 link 字段为栈指针，但在栈增长时不需要特殊处理：因为他们是指针类型且
// _panic 值只位于栈上，正常的栈指针调整会处理他们。
//
//go:notinheap
type _panic struct {
	argp      unsafe.Pointer // panic 期间 defer 调用参数的指针; 无法移动 - liblink 已知
	arg       interface{}    // panic的参数
	link      *_panic        // link 链接到更早的 panic
	recovered bool           // panic是否结束
	aborted   bool           // panic是否被忽略
}

link指向了保存在goroutine链表中先前的panic链表

gopanic

编译器会将panic装换成gopanic，来看下执行的流程：

1、创建新的runtime._panic并添加到所在Goroutine的_panic链表的最前面；

2、在循环中不断从当前Goroutine 的_defer中链表获取runtime._defer并调用runtime.reflectcall运行延迟调用函数；

3、调用runtime.fatalpanic中止整个程序；

// 预先声明的函数 panic 的实现
func gopanic(e interface{}) {
	gp := getg()
	// 判断在系统栈上还是在用户栈上
	// 如果执行在系统或信号栈时，getg() 会返回当前 m 的 g0 或 gsignal
	// 因此可以通过 gp.m.curg == gp 来判断所在栈
	// 系统栈上的 panic 无法恢复
	if gp.m.curg != gp {
		print("panic: ")
		printany(e)
		print("\n")
		throw("panic on system stack")
	}
	// 如果正在进行 malloc 时发生 panic 也无法恢复
	if gp.m.mallocing != 0 {
		print("panic: ")
		printany(e)
		print("\n")
		throw("panic during malloc")
	}
	// 在禁止抢占时发生 panic 也无法恢复
	if gp.m.preemptoff != "" {
		print("panic: ")
		printany(e)
		print("\n")
		print("preempt off reason: ")
		print(gp.m.preemptoff)
		print("\n")
		throw("panic during preemptoff")
	}
	// 在 g 锁在 m 上时发生 panic 也无法恢复
	if gp.m.locks != 0 {
		print("panic: ")
		printany(e)
		print("\n")
		throw("panic holding locks")
	}

	// 下面是可以恢复的
	var p _panic
	p.arg = e
	// panic 保存了对应的消息，并指向了保存在 goroutine 链表中先前的 panic 链表
	p.link = gp._panic
	gp._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p)))

	atomic.Xadd(&runningPanicDefers, 1)

	for {
		// 开始逐个取当前 goroutine 的 defer 调用
		d := gp._defer
		// 没有defer，退出循环
		if d == nil {
			break
		}

		// 如果 defer 是由早期的 panic 或 Goexit 开始的（并且，因为我们回到这里，这引发了新的 panic），
		// 则将 defer 带离链表。更早的 panic 或 Goexit 将无法继续运行。
		if d.started {
			if d._panic != nil {
				d._panic.aborted = true
			}
			d._panic = nil
			d.fn = nil
			gp._defer = d.link
			freedefer(d)
			continue
		}

		// 将deferred标记为started
		// 如果栈增长或者垃圾回收在 reflectcall 开始执行 d.fn 前发生
		// 标记 defer 已经开始执行，但仍将其保存在列表中，从而 traceback 可以找到并更新这个 defer 的参数帧

		// 标记defer是否已经执行
		d.started = true

		// 记录正在运行的延迟的panic。
		// 如果在延迟调用期间有新的panic，那么这个panic
		// 将在列表中找到d，并将标记d._panic(此panic)中止。
		d._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p)))

		p.argp = unsafe.Pointer(getargp(0))

		reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz))
		p.argp = nil

		// reflectcall没有panic。删除d
		if gp._defer != d {
			throw("bad defer entry in panic")
		}
		d._panic = nil
		d.fn = nil
		gp._defer = d.link

		// trigger shrinkage to test stack copy. See stack_test.go:TestStackPanic
		//GC()

		pc := d.pc
		sp := unsafe.Pointer(d.sp) // must be pointer so it gets adjusted during stack copy
		freedefer(d)
		if p.recovered {
			atomic.Xadd(&runningPanicDefers, -1)

			gp._panic = p.link
			// 忽略的 panic 会被标记，但仍然保留在 g.panic 列表中
			// 这里将它们移出列表
			for gp._panic != nil && gp._panic.aborted {
				gp._panic = gp._panic.link
			}
			if gp._panic == nil { // 必须由 signal 完成
				gp.sig = 0
			}
			// 传递关于恢复帧的信息
			gp.sigcode0 = uintptr(sp)
			gp.sigcode1 = pc
			// 调用 recover，并重新进入调度循环，不再返回
			mcall(recovery)
			// 如果无法重新进入调度循环，则无法恢复错误
			throw("recovery failed") // mcall should not return
		}
	}

	// 消耗完所有的 defer 调用，保守地进行 panic
	// 因为在冻结之后调用任意用户代码是不安全的，所以我们调用 preprintpanics 来调用
	// 所有必要的 Error 和 String 方法来在 startpanic 之前准备 panic 字符串。
	preprintpanics(gp._panic)

	fatalpanic(gp._panic) // 不应该返回
	*(*int)(nil) = 0      // 无法触及
}

// reflectcall 使用 arg 指向的 n 个参数字节的副本调用 fn。
// fn 返回后，reflectcall 在返回之前将 n-retoffset 结果字节复制回 arg+retoffset。
// 如果重新复制结果字节，则调用者应将参数帧类型作为 argtype 传递，以便该调用可以在复制期间执行适当的写障碍。
// reflect 包传递帧类型。在 runtime 包中，只有一个调用将结果复制回来，即 cgocallbackg1，
// 并且它不传递帧类型，这意味着没有调用写障碍。参见该调用的页面了解相关理由。
//
// 包 reflect 通过 linkname 访问此符号
func reflectcall(argtype *_type, fn, arg unsafe.Pointer, argsize uint32, retoffset uint32)

梳理下流程

1、在处理panic期间，会先判断当前panic的类型，确定panic是否可恢复;

  • 系统栈上的panic无法恢复
  • 如果正在进行malloc时发生panic也无法恢复
  • 在禁止抢占时发生panic也无法恢复
  • 在g锁在m上时发生panic也无法恢复

2、可恢复的panic，panic的link指向goroutine链表中先前的panic链表；

3、循环逐个获取当前goroutine的defer调用；

  • 如果defer是由早期panic或Goexit开始的，则将defer带离链表，更早的panic或Goexit将无法继续运行，也就是将之前的panic终止掉，将aborted设置为true，在下面执行recover时保证goexit不会被取消；

  • recovered会在gorecover中被标记，见下文。当recovered被标记为true时，recovery函数触发Goroutine的调度，调度之前会准备好 sp、pc 以及函数的返回值；

  • 当延迟函数中recover了一个panic时，就会返回1，当runtime.deferproc函数的返回值是1时，编译器生成的代码会直接跳转到调用方函数返回之前并执行runtime.deferreturn，跳转到runtime.deferturn函数之后，程序就已经从panic恢复了正常的逻辑。而runtime.gorecover函数也能从runtime._panic结构中取出了调用panic时传入的arg参数并返回给调用方。

// 在发生 panic 后 defer 函数调用 recover 后展开栈。然后安排继续运行，
// 就像 defer 函数的调用方正常返回一样。
func recovery(gp *g) {
	// Info about defer passed in G struct.
	sp := gp.sigcode0
	pc := gp.sigcode1

	// d's arguments need to be in the stack.
	if sp != 0 && (sp < gp.stack.lo || gp.stack.hi < sp) {
		print("recover: ", hex(sp), " not in [", hex(gp.stack.lo), ", ", hex(gp.stack.hi), "]\n")
		throw("bad recovery")
	}

	// 使 deferproc 为此 d 返回
	// 这时候返回 1。调用函数将跳转到标准的返回尾声
	gp.sched.sp = sp
	gp.sched.pc = pc
	gp.sched.lr = 0
	gp.sched.ret = 1
	gogo(&gp.sched)
}

在recovery函数中，利用g中的两个状态码回溯栈指针sp并恢复程序计数器pc到调度器中，并调用gogo重新调度g，将g恢复到调用recover函数的位置，goroutine继续执行，recovery在调度过程中会将函数的返回值设置为1。调用函数将跳转到标准的返回尾声。

func deferproc(siz int32, fn *funcval) { // arguments of fn follow fn
	...

	// deferproc returns 0 normally.
	// a deferred func that stops a panic
	// makes the deferproc return 1.
	// the code the compiler generates always
	// checks the return value and jumps to the
	// end of the function if deferproc returns != 0.
	return0()
	// No code can go here - the C return register has
	// been set and must not be clobbered.
}

当延迟函数中recover了一个panic时，就会返回1，当runtime.deferproc函数的返回值是1时，编译器生成的代码会直接跳转到调用方函数返回之前并执行runtime.deferreturn，跳转到runtime.deferturn函数之后，程序就已经从panic恢复了正常的逻辑。而runtime.gorecover函数也能从runtime._panic结构中取出了调用panic时传入的arg参数并返回给调用方。

gorecover

编译器会将recover装换成gorecover

如果recover被正确执行了，也就是gorecover，那么recovered将被标记成true

// go/src/runtime/panic.go
// 执行预先声明的函数 recover。
// 不允许分段栈，因为它需要可靠地找到其调用者的栈段。
//
// TODO(rsc): Once we commit to CopyStackAlways,
// this doesn't need to be nosplit.
//go:nosplit
func gorecover(argp uintptr) interface{} {
	// 必须在 panic 期间作为 defer 调用的一部分在函数中运行。
	// 必须从调用的最顶层函数（ defer 语句中使用的函数）调用。
	// p.argp 是最顶层 defer 函数调用的参数指针。
	// 比较调用方报告的 argp，如果匹配，则调用者可以恢复。
	gp := getg()
	p := gp._panic
	if p != nil && !p.recovered && argp == uintptr(p.argp) {
		// 标记recovered
		p.recovered = true
		return p.arg
	}
	return nil
}

在正常情况下，它会修改runtime._panic的recovered字段，runtime.gorecover函数中并不包含恢复程序的逻辑，程序的恢复是由runtime.gopanic函数负责。

gorecover将recovered标记为true，然后gopanic就可以通过mcall调用recovery并重新进入调度循环

fatalpanic

runtime.fatalpanic实现了无法被恢复的程序崩溃，它在中止程序之前会通过runtime.printpanics打印出全部的panic消息以及调用时传入的参数：

// go/src/runtime/panic.go
// fatalpanic 实现了不可恢复的 panic。类似于 fatalthrow，
// 如果 msgs != nil，则 fatalpanic 仍然能够打印 panic 的消息
// 并在 main 在退出时候减少 runningPanicDeferss
//
//go:nosplit
func fatalpanic(msgs *_panic) {
	// 返回程序计数寄存器指针
	pc := getcallerpc()
	// 返回堆栈指针
	sp := getcallersp()
	// 返回当前G
	gp := getg()
	var docrash bool
	// 切换到系统栈来避免栈增长，如果运行时状态较差则可能导致更糟糕的事情
	systemstack(func() {
		if startpanic_m() && msgs != nil {
			// 有 panic 消息和 startpanic_m 则可以尝试打印它们

			// startpanic_m 设置 panic 会从阻止 main 的退出，
			// 因此现在可以开始减少 runningPanicDefers 了
			atomic.Xadd(&runningPanicDefers, -1)

			printpanics(msgs)
		}

		docrash = dopanic_m(gp, pc, sp)
	})

	if docrash {
		// 通过在上述 systemstack 调用之外崩溃，调试器在生成回溯时不会混淆。
		// 函数崩溃标记为 nosplit 以避免堆栈增长。
		crash()
	}
	// 从系统推出
	systemstack(func() {
		exit(2)
	})

	*(*int)(nil) = 0 // not reached
}

// 打印出当前活动的panic
func printpanics(p *_panic) {
	if p.link != nil {
		printpanics(p.link)
		print("\t")
	}
	print("panic: ")
	printany(p.arg)
	if p.recovered {
		print(" [recovered]")
	}
	print("\n")
}

总结

引一段来自【panic 和recover】的总结

1、编译器会负责做转换关键字的工作；

  • 1、将panic和recover分别转换成runtime.gopanic和runtime.gorecover；

  • 2、将defer转换成runtime.deferproc函数；

  • 3、在调用defer的函数末尾调用runtime.deferreturn函数；

2、在运行过程中遇到runtime.gopanic方法时，会从Goroutine的链表依次取出runtime._defer结构体并执行；

3、如果调用延迟执行函数时遇到了runtime.gorecover就会将_panic.recovered标记成true并返回panic的参数；

  • 1、在这次调用结束之后，runtime.gopanic会从runtime._defer结构体中取出程序计数器pc和栈指针sp并调用runtime.recovery函数进行恢复程序；

  • 2、runtime.recovery会根据传入的pc和sp跳转回runtime.deferproc；

  • 3、编译器自动生成的代码会发现runtime.deferproc的返回值不为0，这时会跳回runtime.deferreturn并恢复到正常的执行流程；

4、如果没有遇到runtime.gorecover就会依次遍历所有的runtime._defer，并在最后调用runtime.fatalpanic中止程序、打印panic的参数并返回错误码2；

参考

【panic 和 recover】https://draveness.me/golang/docs/part2-foundation/ch05-keyword/golang-panic-recover/
【恐慌与恢复内建函数】https://golang.design/under-the-hood/zh-cn/part1basic/ch03lang/panic/
【Go语言panic/recover的实现】https://zhuanlan.zhihu.com/p/72779197
【panic and recover】https://eddycjy.gitbook.io/golang/di-6-ke-chang-yong-guan-jian-zi/panic-and-recover#yuan-ma
【翻了源码，我把 panic 与 recover 给彻底搞明白了】https://jishuin.proginn.com/p/763bfbd4ed8c

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