浅析Go语言中内存泄漏的原因与解决方法

2024-02-06 10:40:49 作者：banjming

这篇文章主要来和大家聊一聊Go语言中内存泄漏的那些事,例如内存泄漏的原因与解决方法,文中的示例代码讲解详细,需要的小伙伴可以参考下

遵循一个约定：如果goroutine负责创建goroutine，它也负责确保他可以停止 goroutine

channel 泄漏

发送不接收，一般来说发送者，正常发送，接收者正常接收，这样没啥问题。但是一旦接收者异常，发送者会被阻塞，造成泄漏。

select case 导致协程泄漏

func leakOfMemory() {
	errChan := make(chan error) //a.
	go func() {
		time.Sleep(2 * time.Second)
		errChan <- errors.New("chan error") // b.
		fmt.Println("finish ending ")
	}()

	select {
	case <-time.After(time.Second): 
		fmt.Println("超时") //c
	case err := <-errChan: //d.
		fmt.Println("err:", err)
	}
	fmt.Println("leakOfMemory exit")
}

func TestLeakOfMemory(t *testing.T) {
	leakOfMemory()
	time.Sleep(3 * time.Second)
	fmt.Println("main exit...")
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
}

上面的代码执行结果：

=== RUN TestLeakOfMemory
超时
leakOfMemory exit
main exit...
NumGoroutine: 3
--- PASS: TestLeakOfMemory (4.00s)
PASS

最开始只有两个 goruntine ，为啥执行后有三个 goruntine ？

由于没有往 errChan 中发送消息，所以 d 处会一直阻塞，1s 后 ,c 处打印超时，程序退出，此时，有个协程在 b 处往协程中塞值，但是此时外面的 goruntine 已经退出了，此时 errChan 没有接收者，那么就会在 b处阻塞，因此协程一直没有退出，造成了泄漏，如果有很多类似的代码，会造成 OOM。

for range 导致的协程泄漏

看如下代码：

func leakOfMemory_1(nums ...int) {
	out := make(chan int)
	// sender
	go func() {
		defer close(out)
		for _, n := range nums { // c.
			out <- n
			time.Sleep(time.Second)
		}
	}()

	// receiver
	go func() {
		ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
		defer cancel()
		for n := range out { //b.
			if ctx.Err() != nil { //a.
				fmt.Println("ctx timeout ")
				return
			}
			fmt.Println(n)
		}
	}()

}

func TestLeakOfMemory(t *testing.T) {
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
	leakOfMemory_1(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
	time.Sleep(3 * time.Second)
	fmt.Println("main exit...")
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
}

上述代码执行结果：

=== RUN TestLeakOfMemory
NumGoroutine: 2
1
2
ctx timeout
main exit...
NumGoroutine: 3
--- PASS: TestLeakOfMemory (3.00s)
PASS

理论上，是不是最开始只有2个goruntine ，实际上执行完出现了3个gorountine, 说明 leakOfMemory_1 里面起码有一个协程没有退出。因为时间到了，在 a 出，程序就准备退出了，也就是说 b 这个就退出了，没有接收者继续接受 chan 中的数据了，c处往chan 写数据就阻塞了，因此协程一直没有退出，就造成了泄漏。

如何解决上面说的协程泄漏问题？

可以加个管道通知来防止内存泄漏。

func leakOfMemory_2(done chan struct{}, nums ...int) {
	out := make(chan int)
	// sender
	go func() {
		defer close(out)
		for _, n := range nums {
			select {
			case out <- n:
			case <-done:
				return
			}
			time.Sleep(time.Second)
		}
	}()

	// receiver
	go func() {
		ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
		defer cancel()
		for n := range out {
			if ctx.Err() != nil {
				fmt.Println("ctx timeout ")
				return
			}
			fmt.Println(n)
		}
	}()
}
func TestLeakOfMemory(t *testing.T) {
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
	done := make(chan struct{})
	defer close(done)
	leakOfMemory_2(done, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
	time.Sleep(3 * time.Second)
	done <- struct{}{}
	fmt.Println("main exit...")
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
}

代码执行结果：

=== RUN TestLeakOfMemory
NumGoroutine: 2
1
2
ctx timeout
main exit...
NumGoroutine: 2
--- PASS: TestLeakOfMemory (3.00s)
PASS

最开始是 2个 goruntine 程序结束后还2个 goruntine，没有协程泄漏。

goruntine 中 map 并发

map 是引用类型，函数值传值是调用，参数副本依然指向m，因为值传递的是引用，对于共享变量，资源并发读写会产生竞争，故共享资源遭受到破坏。

func TestConcurrencyMap(t *testing.T) {
	m := make(map[int]int)
	go func() {
		for {
			m[3] = 3
		}

	}()
	go func() {
		for {
			m[2] = 2
		}
	}()
	//select {}
	time.Sleep(10 * time.Second)
}

上诉代码执行结果：

=== RUN TestConcurrencyMap
fatal error: concurrent map writes

goroutine 5 [running]:
runtime.throw({0x1121440?, 0x0?})
/go/go1.18.8/src/runtime/panic.go:992 +0x71 fp=0xc000049f78 sp=0xc000049f48 pc=0x10333b1
...

用火焰图分析下内存泄漏问题

首先，程序代码运行前，需要加这个代码：

import (
	"context"
	"errors"
	"fmt"
	"log"
	"net/http"
	_ "net/http/pprof"
	"runtime"
	"testing"
	"time"
)

func TestLeakOfMemory(t *testing.T) {

	//leakOfMemory()
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		go leakOfMemory_1(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
	}
	//done := make(chan struct{})
	//defer close(done)
	//leakOfMemory_2(done, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
	time.Sleep(3 * time.Second)
	//done <- struct{}{}
	fmt.Println("main exit...")
	fmt.Println("NumGoroutine:", runtime.NumGoroutine())
	log.Println(http.ListenAndServe("localhost:6060", nil))
}

上面的执行后，登陆网址 http://localhost:6060/debug/pprof/goroutine?debug=1,可以看到下面的页面：

但是看不到图形界面，怎么办？

需要安装 graphviz

在控制台执行如下命令

brew install graphviz # 安装graphviz，只需要安装一次就行了
go tool pprof -http=":8081" http://localhost:6060/debug/pprof/goroutine?debug=1

然后可以登陆网页：http://localhost:8081/ui/ 看到下图：

发现有一个程序//GoProject/main/concurrency/channel.leakOfMemory_1.func1占用 cpu 特别大. 想看下这个程序是啥？

分析协程泄漏

使用如下结果：

go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/goroutine

火焰图分析：

Total：总共采样次数，100次。

Flat：函数在样本中处于运行状态的次数。简单来说就是函数出现在栈顶的次数，而函数在栈顶则意味着它在使用CPU。

Flat%：Flat / Total。

Sum%：自己以及所有前面的Flat%的累积值。解读方式：表中第3行Sum% 32.4%，意思是前3个函数（运行状态）的计数占了总样本数的32.4%

Cum：函数在样本中出现的次数。只要这个函数出现在栈中那么就算进去，这个和Flat不同（必须是栈顶才能算进去）。也可以解读为这个函数的调用次数。

Cum%：Cum / Total

进入控制台，输入 top

Type: goroutine
Time: Feb 5, 2024 at 10:02am (CST)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof) top
Showing nodes accounting for 1003, 99.90% of 1004 total
Dropped 35 nodes (cum <= 5)
flat flat% sum% cum cum%
1003 99.90% 99.90% 1003 99.90% runtime.gopark
0 0% 99.90% 1000 99.60% //GoProject/main/concurrency/channel.leakOfMemory_1.func1
0 0% 99.90% 1000 99.60% runtime.chansend
0 0% 99.90% 1000 99.60% runtime.chansend1
(pprof)

其中其中runtime.gopark即可认为是挂起的goroutine数量。发现有大量协程被 runtime.gopark

然后输入 traces runtime.gopark

(pprof) traces runtime.gopark
Type: goroutine
Time: Feb 5, 2024 at 10:02am (CST)
-----------+-------------------------------------------------------
1000 runtime.gopark
runtime.chansend
runtime.chansend1
//GoProject/main/concurrency/channel.leakOfMemory_1.func1
-----------+-------------------------------------------------------
1 runtime.gopark
runtime.chanrecv
runtime.chanrecv1
testing.(*T).Run
testing.runTests.func1
testing.tRunner
testing.runTests
testing.(*M).Run
main.main
runtime.main
-----------+-------------------------------------------------------
1 runtime.gopark
runtime.netpollblock
internal/poll.runtime_pollWait
internal/poll.(*pollDesc).wait
internal/poll.(*pollDesc).waitRead (inline)
internal/poll.(*FD).Read
net.(*netFD).Read
net.(*conn).Read
net/http.(*connReader).backgroundRead
-----------+-------------------------------------------------------
1 runtime.gopark
runtime.netpollblock
internal/poll.runtime_pollWait
internal/poll.(*pollDesc).wait
internal/poll.(*pollDesc).waitRead (inline)
internal/poll.(*FD).Accept
net.(*netFD).accept
net.(*TCPListener).accept
net.(*TCPListener).Accept
net/http.(*Server).Serve
net/http.(*Server).ListenAndServe
net/http.ListenAndServe (inline)
//GoProject/main/concurrency/channel.TestLeakOfMemory
testing.tRunner
-----------+-------------------------------------------------------
(pprof)

可以发现泄漏了 1000 个 goruntine。

然后通过调用栈，可以看到调用链路：

channel.leakOfMemory_1.func1->runtime.chansend1->runtime.chansend->runtime.gopark

runtime.chansend1 是阻塞的调用，协程最终被 runtime.gopark 挂起，从而导致泄漏。

然后再输入 list GoProject/main/concurrency/channel. leakOfMemory_1.func1 可以看到如下

(pprof) list //GoProject/main/concurrency/channel.
leakOfMemory_1.func1
Total: 1004
ROUTINE ======================== //GoProject/main/concurrency/channel.leakOfMemory_1.func1 in /Users/bytedance/go/src///GoProject/main/concurrency/channel/channel_test.go
0 1000 (flat, cum) 99.60% of Total
. . 62:   out := make(chan int)
. . 63:   // sender
. . 64:   go func() {
. . 65:       defer close(out)
. . 66:       for _, n := range nums {
. 1000 67:           out <- n
. . 68:           time.Sleep(time.Second)
. . 69:       }
. . 70:   }()
. . 71:
. . 72:   // receiver

可以看到使用了一个非缓冲的 channel, 上面已经分析了，没有接收者，发送者out 在写入channel 时阻塞, 协程无法退出，因此有协程泄漏。

分析内存增长泄漏

go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/heap

然后输入 top

(pprof) top
Showing nodes accounting for 6662.08kB, 86.68% of 7686.14kB total
Showing top 10 nodes out of 24
flat flat% sum% cum cum%
5125.63kB 66.69% 66.69% 5125.63kB 66.69% runtime.allocm
1024.41kB 13.33% 80.01% 1024.41kB 13.33% runtime.malg
512.05kB 6.66% 86.68% 512.05kB 6.66% internal/poll.runtime_Semacquire
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% GoProject/main/concurrency/channel.leakOfMemory_1.func2
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% fmt.Fprintln
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% fmt.Println (inline)
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% internal/poll.(*FD).Write
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% internal/poll.(*FD).writeLock (inline)
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% internal/poll.(*fdMutex).rwlock
0 0% 86.68% 512.05kB 6.66% os.(*File).Write
(pprof)

看着不是很大，达不到内存增长泄漏的级别。

以上就是浅析Go语言中内存泄漏的原因与解决方法的详细内容，更多关于Go内存泄漏的资料请关注脚本之家其它相关文章！