Go：從一個(gè)data race問(wèn)題學(xué)到的

前幾天我在學(xué)習(xí)內(nèi)存屏障^[1]的時(shí)候搜到一篇文章「Golang Memory Model^[2]」，其中在介紹 CPU 緩存一致性的時(shí)候提到一個(gè)例子，帶給我一些困惑，本文記錄下解惑過(guò)程。

既然是在介紹 CPU 緩存一致性的時(shí)候舉的例子，那么理所應(yīng)當(dāng)與此有關(guān)，看代碼：

package?main

import?"time"

func?main()?{
?running?:=?true
?go?func()?{
??println("start?thread1")
??count?:=?1
??for?running?{
???count++
??}
??println("end?thread1:?count?=",?count)
?}()
?go?func()?{
??println("start?thread2")
??for?{
???running?=?false
??}
?}()
?time.Sleep(time.Hour)
}

當(dāng)我們通過(guò)「go run main.go」運(yùn)行代碼的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè) goroutine 永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束，就好像 running = false 沒(méi)有生效一樣。對(duì)此，文章把原因歸結(jié)為 CPU 緩存一致性中的線(xiàn)程可見(jiàn)性問(wèn)題，可是我前后看了幾遍也沒(méi)有看出個(gè)所以然來(lái)。細(xì)心的小伙伴不難發(fā)現(xiàn)代碼存在 data race 問(wèn)題：多個(gè) goroutine 并發(fā)讀寫(xiě) running 變量，不過(guò)當(dāng)我們通過(guò)「go run -race main.go」再次運(yùn)行代碼的時(shí)候，有趣的事情發(fā)生了，第一個(gè) goroutine 正常結(jié)束了！

理論上，既然存在 data race 問(wèn)題，那么出現(xiàn)什么結(jié)果都可能，但是好奇心驅(qū)使我繼續(xù)研究了一下，這次使用的工具是 SSA^[3]，它可以展現(xiàn)出從源代碼到匯編的過(guò)程中，編譯器都做了哪些工作，并且可以把結(jié)果生成 html 文件：

shell>?GOSSAFUNC=main?go?build?-gcflags="-N?-l"?./main.go

SSA 工具最方便的地方是它可以把源代碼和匯編通過(guò)顏色對(duì)應(yīng)起來(lái)：

說(shuō)明：Golang 中的匯編一般指 Plan9 匯編，推薦閱讀「plan9 assembly 完全解析^[4]」。

不過(guò)為什么「running = false」這行源代碼沒(méi)有對(duì)應(yīng)的匯編呢？這是因?yàn)?SSA 的工作單位是函數(shù)，上面的結(jié)果是 main 函數(shù)的結(jié)果，而「running = false」實(shí)際上屬于 main 函數(shù)里第 2 個(gè) goroutine，實(shí)際上就相當(dāng)于 main.func2，重新運(yùn)行 SSA：

shell>?GOSSAFUNC=main.func2?go?build?-gcflags="-l?-N"?./main.go

如此一來(lái)就能看到「running = false」這行源代碼對(duì)應(yīng)的匯編了：

其中，PCDATA 是編譯器插入的和 GC 相關(guān)的信息，在本例中可以忽略，剩下的幾個(gè) JMP 跳來(lái)跳去，好像是個(gè)圈哦，就是一個(gè)空 for，和「running = false」完全沒(méi)有關(guān)系。

不過(guò)既然帶有 race 檢測(cè)的代碼工作正常，那么不妨一并生成 SSA 看看結(jié)果如何：

shell>?GOSSAFUNC=main.func2?go?build?-race?-gcflags="-l?-N"?./main.go

結(jié)果如下圖所示，出了 JMP，還有 MOV 操作，正好對(duì)應(yīng)「running = false」：

如此一來(lái)，我們的困惑終于解開(kāi)了。問(wèn)題代碼中的循環(huán)之所以不會(huì)結(jié)束，和所謂的「CPU 緩存一致性中的線(xiàn)程可見(jiàn)性問(wèn)題」并沒(méi)有任何關(guān)系，只是因?yàn)榫幾g器把部分代碼看成死代碼，直接優(yōu)化掉了，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為「Dead code elimination^[5]」，不過(guò)當(dāng)激活 race 檢測(cè)的時(shí)候，編譯器并沒(méi)有執(zhí)行死代碼的優(yōu)化，所以程序看上去又正常了。

最后，推薦一篇文章，和本文的例子相似：談?wù)?Golang 中的 Data Race^[6]（及續(xù)^[7]）。

參考資料