缓存击穿导致 golang 组件死锁的问题分享

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大纲

分享一个线上遇到的死锁问题，什么， golang 也会有死锁？

思路排查

Dump 堆栈很重要

线上某个环境发现 S3 上传请求卡住，请求不返回，卡了30分钟，长时间没有发现有效日志。一般来讲，死锁问题还是好排查的，因为现场一般都在。类似于 c 程序，遇到死锁问题都会用 pstack 看一把。golang 死锁排查思路也类似（golang 不适合使用 pstack，因为 golang 调度的是协程，pstack 只能看到线程栈），我们其实是需要知道 S3 程序里 goroutine 的栈状态。golang 遇到这个问题我们有两个办法：

  1. 方法一：条件允许的话，gcore 出一个堆栈，这个是最有效的方法，因为是把整个 golang 程序的内存镜像 dump 出来，然后用 dlv 分析；

2 . 方法二：如果你提前开启 net/pprof 库的引用，开启了 debug 接口，那么就可以调用 curl 接口，通过 http 接口获取进程的状态信息；

需要注意到，golang 程序和 c 程序还是有点区别，goroutine 非常多，成百上千个 goroutine 是常态，甚至上万个也不稀奇。所以我们一般无法在终端上直接看完所有的栈，一般都是把所有的 goroutine 栈 dump 到文件，然用 vi 打开慢慢分析。

关键思路

成千上万个 goroutine ，直接显示到终端是不合适的，我们 dump 到文件 test.txt，然后分析 test.txt 这个文件。去查找发现了一些可疑堆栈，那么什么是可疑堆栈？重点关注加锁等待的堆栈，关键字是 *runtime_notifyListWait 、semaphore 、`sync.(Cond).Wait、Acquire` 这些阻塞场景才会用到的，如果业务堆栈上出现这个加锁调用，就非常可疑。**

划重点：

  1. 留意阻塞关键字 runtime_notifyListWait 、semaphore 、sync.(*Cond).Wait 、Acquire ；

2 . 业务堆栈（非 runtime 的一些内部堆栈）

统计分析发现，有 11 个这个堆栈都在这同一个地方，都是在等同一把锁 blockingKeyCountLimit.lock，所以基本确认了阻塞的位置，就是这个地方阻塞到了所有的请求，但是这把锁我们使用 defer 释放的，使用姿势如下：

// do someting
lock.Acquire(key)
defer lock.Release(key)

// 以下为锁内操作；

blockingKeyCountLimit 是我们封装针对 key 操作流控的组件。举个例子，如果 limit == 1，key为 "test" 在 g1 上 Acquire 成功，g2 acquire("test") 就会等待，这个可以算是我们优化的一个逻辑。如果 limit == 2，那么就允许两个人加锁到，后面的人都等待。

从代码来看，函数退出一定会释放的，但是偏偏现在锁就卡在这个地方，所以就非常奇怪。我们先找哪个 goroutine 占着这把锁不释放，看看能不能搞清楚怎样导致这里抢不到锁的原因。

通过审查业务代码分析，发现可能的源头函数（这个函数是向后端请求的函数）：

api.(*Client).getBytesNolc

确认是 getBytesNolc 这个函数执行的操作，那么大概率就是卡在这个地方了。用这个 getBytesNolc 字符串搜索堆栈，找下是哪个堆栈 ？搜索到这个堆栈 goroutine 19458

大概率就是第 1 个堆栈了，也就是其他的 11 个 goroutine 都在等这 goroutine 19458 来放锁，仔细看这个堆栈。那么为啥这个堆栈不放锁呢？这里有个细节要注意下，这里是卡到 gihub.com/golang/groupcache/singleflight/singleflight.go:48 这一行：

终于找到你

这是一个开源库，singleflight 实现了缓存防击穿的功能。

简单减少下 singleflight 的功能，这是一个非常有效的工具。在缓存大量失效的场景，如果针对同一个 key ，其实只需要有一个人穿透到后端请求数据，其他人等待他完成，然后取缓存结果即可。这个就是 singleflight 实现的功能。具体实现就是：来了请求之后，把 key 插入到 map 里，后面的请求如果发现同名 key 在 map 里面，那么就等待它完成就好；

截屏显示卡到 c.wg.Wait() 这一行，那么说明 map 里面肯定有已经存在的 key，说明 goroutine 19458 不是第一个人？但是外面还有一个 blockingKeyCountLimit 的互斥呢，按道理其他的人也进不来（因为 limit == 1），这里这么讲来肯定要是源头才对？

思路整理

伪代码显示如下：

func xxx () {
    // 大部分协程都卡在这里（11个）
    // 这个锁的效果主要是流控，limit 值初始化赋值，可以是 1，也可以是其他；
    // locker 为 blockingKeyCountLimit 类型
    limitLocker.Acquire( key )
    defer limitLocker.Release( key )

    // 获取数据
    getBytesNolc( key , ...)
}

func getBytesNolc () {
    // ...
    // 下面就是 singleflight.Group 的用法，防穿透
    // 同一时间只允许一个人去后端更新
    ret, err = x.Group.Do(id, func() (interface{}, error) {
        // 去服务后台获取，更新数据；
    })
    // ...
}

图示显示当前的现状：

现状小结：

  1. 大量的协程都在等 blockingKeyCountLimit 这把锁释放；
  2. 协程 goroutine 19458 持有 blockingKeyCountLimit 这把锁；
  3. 协程 goroutine 19458 却在等一个相同 key 名字的任务的完成（ singleflight 一个防击穿的库，同一时间相同 key 只允许放到一个后端去执行），却永远没等到，协程因此呈现死锁；

当前的疑问就是第一个 key 的任务为啥永远完不成，堆栈也找不到了，去哪里了？

发现蛛丝马迹

我们再仔细审一下 singleflight 的代码：

func (g *Group) Do(key string, fn func() (interface{}, error)) (interface{}, error) {
    g.mu.Lock()
    if g.m == nil {
        g.m = make(map[string]*call)
    }
    // 如果找到同名 key 已经存在；
    if c, ok := g.m[key]; ok {
        g.mu.Unlock()
        // 等待者走到这个分支：等待第一个人执行完成，最后直接返回它的结果就行了；
        c.wg.Wait()
        return c.val, c.err
    }
    // 如果同名 key 不存在（第一个人走到这个分支）
    c := new(call)
    c.wg.Add(1)
    // map 里放置 key
    g.m[key] = c
    g.mu.Unlock()
    // 执行任务
    c.val, c.err = fn()
    // 唤醒所有的等待者
    c.wg.Done()

    g.mu.Lock()
    // 删除 map 里的 key
    delete(g.m, key)
    g.mu.Unlock()

    return c.val, c.err
}

发现有个线索，我们的 S3 服务程序一个 http 请求对应一个协程处理，为了提高服务端进程的可用性，在框架里会捕捉 panic，这样确保单个协程处理不会影响到其他的请求。基于这个前提，我们假设：如果 fn() 执行异常，panic 掉了，那么就不会走 delete(g.m, key) 的代码，那么 key 就永远都残留在 map 里面，而进程却又还活着。恍然大悟。

完整的推理流程

  1. 第一个协程 g1 来了，加了 blockingKeyCountLimit 锁，然后准备穿透到后端，调用函数 getBytesNolc 获取数据，并走进了 singlelight ，添加了一个 key：x， 准备干活；

a . 干活发生了一些不可预期的异常（后面发现是配置的异常），nil 指针引用之类的， panic 堆栈了，panic 导致后面 delete key 操作没有执行；

b . 虽然 g1 现在 panic 了，但是由于在函数 func xxx 里面 blockingKeyCountLimit 是 defer 执行的，所以这把锁还是，但是 singlelight 的 key 还存在，于是残留在 map 里面；

c . 但是由于我们服务程序为了高可用是 recover 了 panic 的，单个请求的失败不会导致整个进程挂掉，所以进程还是好好的；

2 . 第二个 goroutine 19458 协程来了，blockingKeyCountLimit 加锁，然后走到 singlelight 的时候，发现有 key: x 了，于是就等待；

a . 并且等待的是一个永远得不到的锁，因为 g1 早就没了；

3 . 后续的 11 个 协程来了，于是被 blockingKeyCountLimit 阻塞住，并且永远不能释放；

实锤：后续基于这个猜想，再去搜索一遍日志，发现确实是有一条 panic 相关的日志。这个时间点后面的请求全部被卡住。

思考总结

一般来讲 c 语言写程序容易出现死锁问题，因为各种异常逻辑可能会导致忘记放锁，从而导致抢一个永远都不可能得到的锁。golang 为了解决这个问题，一般是用 defer 机制来实现，使用姿势如下：

func test () {
    mtx.Lock()
    defer mtx.Unlock()

    /* 临界区 */
}

golang 的 defer 机制是一个经过经验沉淀下来的有效功能。我们必须要合理使用。defer 实现原理是和所在函数绑定，保证函数 return 的时候一定能调用到（ panic 退出也能），所以 golang 加锁放锁的有效实践是写在相邻的两行。

其实思考下，singleflight 作为一个通用开源库，其实可以把 delete map key 放到 defer 里，这样就能保证 map 里面的 key 一定是可以被清理的。

还有一点，其实 golang 是不提倡异常-捕捉这样的方式编程，panic 一般不让随便用，如果真是严重的问题，挂掉就挂掉，这个估计还好一些。当然这是要看场景的，还是有一些特殊场景的，毕竟 golang 都已经提供了 panic-recover 这样的一个手段，就说明还是有需求。这个就跟 unsafe 库一样，你只有明确知道自己的行为影响，才去使用这个工具，否则别用。

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