踩坑记：Go服务灵异panic

这个坑比较新鲜，周一刚填完，还冒着冷气。

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在字节跳动，我们线上服务的所有 log 都通过统一的日志库采集到流式日志服务、落地 ES 集群，配上字节云超(sang)级(xin)强(bing)大(kuang)的监控能力，每一条 panic log 都可以触发一个打给值班同学的电话。

所以我们常常不选电话，只选飞书 ↓↓↓

但毕竟是 panic，大部分 case 都会迅速被就地正法，除了少数排查费劲、又不对线上产生太大影响的，比如这一个：

Error: invalid memory address or nil pointer dereference
Traceback:
goroutine 68532877 [running]:
...
src/encoding/json/encode.go:880 +0x59
encoding/json.stringEncoder(0xcb9fead550, ...)
...
src/encoding/json/encode.go:298 +0xa5
encoding/json.Marshal(0x1ecb9a0, ...)
...
/path/to/util.SendData(0xca813cd300)

注：为了方便阅读，略有简化。

你看，它可以被 recover 兜住（不会把服务搞挂），而且出现频率很低（每天几次甚至没有），考虑到在每天数百亿请求中的占比，解决它的 ROI 实在太低，所以就耽搁了一段时间 且不用担心背 P0 的锅。

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其实之前 S 同学和我都关注过这个 panic ，从上面的 Error log 可以看到，错误发生在调用 json.Marshal 的时候，调用方的代码大概长这样：

func SendData(...) {
  data := map[string]interface{} {
    "code":    ctx.ErrorCode,
    "message": ctx.Message,
    "step":    ctx.StepName,
  }
  msg, err := json.Marshal(data)
  ...
}

注：实际map有更多key/value，这里略作简化。

看这代码，第一反应是：这**也能 panic ？

找到对应的 json 库源码（encode.go第880行，对应下面第5行）：

func (e *encodeState) string(s string, escapeHTML bool) {
  e.WriteByte('"')
  start := 0
  for i := 0; i < len(s); {
    if b := s[i]; b < utf8.RuneSelf {
      ...

—— 也只是从string里逐个读取字符，看着并没什么猫饼。

由于 panic 发生在官方 json 库里，不适合修改并部署到全量机器；引入第三方 json 库又涉及很多依赖问题，所以当时没再跟进。

直到最近 panic 频率逐渐升高， H 和 L 同学实在看不下去了。

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L 同学的思路是，既然这个 panic 能被 recover 兜住，那为什么不看看 panic 时这个 map 里装了什么呢？

于是代码就变成了这样：

defer func() {
  if p := recover(); p != nil {
    log.Warnf("Error: %v, data: %v", p, data)
  }
}()
data := map[string]...

然后 panic 顺利转移到了 log.Warnf 这一行[doge]

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不管怎么说成功地转移了问题，只要把 log.Warnf 这一行注释掉……

作为一个追求极致的 ByteDancer，L 同学抵制住了诱惑并尝试了新的思路，既然从 panic log 看到是跪在了一个 string 上，那至少先看看是哪一个string：

data := make(map[string]interface{})
defer func() {
  if p := recover(); p != nil {
    for k, v := range data {
      log.Warnf("CatchMe: k=%v", k)
      log.Warnf("CatchMe: v=%v", v)
    }
  }
}()
...

改起来倒是很简单，赶在这个 需要上班的 周日下午发了车，晚上就捉到了一个case。

通过线上 log，我们发现错误出现在 "step" 这个 key 上（log里有输出key、但没输出value），value 本应是 ctx.StepName 这个 string。

可是 string 这种看起来人畜无害的 immutable 的 type 为什么会导致 panic 呢？

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通过走读代码得知，在遇到异常的时候，我们会往 ctx.StepName 写入这个异常点的名称，就像这样：

const STEP_XX = "XX"

func XX(...) {
  if err := process(); err != nil {
    ctx.StepName = STEP_XX
  }
}

一边读一边写，有那么点并发的味道了。

考虑到我们为了降低媒体感知的超时率，将整个广告的召回流程包装成一个带时间限制的任务：

finished := make(chan struct{})
timer := time.NewTimer(duration)
go recall(finished)
select {
  case <-finished:
    sendResponse()
  case <- timer.C:
    sendTimeoutResponse()
}

因此在一个请求流程中，确实可能会出现并发读写 ctx.StepName 这个 string object 的情况。

但如何实锤是这儿挖的坑呢？

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在线上服务中直接验证这一点不太容易，但是 H 同学做了一个简单的 POC，大概像这样：

const (
  FIRST  = "WHAT THE"
  SECOND = "F*CK"
)

func main() {
  var s string
  go func() {
    i := 1
    for {
      i = 1 - i
      if i == 0 {
        s = FIRST
      } else {
        s = SECOND
      }
      time.Sleep(10)
    }
  }()

  for {
    fmt.Println(s)
    time.Sleep(10)
  }
}

代码一跑起来就有点味道了：

$ go run poc.go
WHAT THE
F*CK
...
WHAT
WHAT
WHAT
F*CKGOGC
...

虽然没看到 panic，但是确实看到了点奇怪的东西（严正声明：不是故意要吐槽GO的GC）。

再用 go 的 race detector 瞅瞅：

$ go run -race poc.go >/dev/null    
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c00011c1e0 by goroutine 7:
  main.main.func1()
    poc.go:19 +0x66（赋值那行）

Previous read at 0x00c00011c1e0 by main goroutine:
  main.main()
    poc.go:28 +0x9d（println那行）

这下可算是实锤了。

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那么为什么 string 的并发读写会出现这种现象呢？

这就得从 string 底层的数据结构说起了。在 go 的 reflect 包里有一个 type StringHeader ，对应的就是 string 在 go runtime的表示：

type StringHeader struct {
    Data uintptr
    Len  int
}

可以看到， string 由一个指针（指向字符串实际内容）和一个长度组成。

比如说我们可以这么玩弄 StringHeader：

s := "hello"
p := *(*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println(p.Len)

对于这样一个 struct ，golang 无法保证原子性地完成赋值，因此可能会出现goroutine 1 刚修改完指针（Data）、还没来得及修改长度（Len），goroutine 2 就读取了这个string 的情况。

因此我们看到了 "WHAT" 这个输出 —— 这就是将 s 从 "F*CK" 改成 "WHAT THE" 时，Data 改了、Len 还没来得及改的情况（仍然等于4）。

至于 "F*CKGOGC" 则正好相反，而且显然是出现了越界，只不过越界访问的地址仍然在进程可访问的地址空间里。

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既然问题定位到了，解决起来就很简单了。

最直接的方法是使用 sync.Mutex：

func (ctx *Context) SetStep(step string) {
  ctx.Mutex.Lock()
  defer ctx.Mutex.Unlock()
  ctx.StepName = Step
}

但 Mutex 性能不够好（lock does not scale with the number of the processors），对于这种读写冲突概率很小的场景，性能更好的方案是将 ctx.StepName 类型改成 atomic.Value，然后

ctx.StepName.Store(step)

注：也可以改成 *string 然后使用 atomic.StorePointer

实际上，Golang 不保证任何单独的操作是原子性的，除非使用 atomic 包里提供的原语或加锁。

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大结局：周一下午 H 同学提交了修复代码并完成发布，这个 panic 就再没出现了。

总结一下：

• string 没有看起来那么人畜无害
• 并发的坑可以找 -race 帮帮忙
• 记得使用 mutex 或 atomic

最后留下一个小问题供思考：

这说了半天并没有完全复现 panic，不过文中已经给了足够多的工具，你能想到怎么办吗？

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