一文搞懂如何实现 Go 超时控制

为什么需要超时控制？

• 请求时间过长，用户侧可能已经离开本页面了，服务端还在消耗资源处理，得到的结果没有意义
• 过长时间的服务端处理会占用过多资源，导致并发能力下降，甚至出现不可用事故

Go 超时控制必要性

Go 正常都是用来写后端服务的，一般一个请求是由多个串行或并行的子任务来完成的，每个子任务可能是另外的内部请求，那么当这个请求超时的时候，我们就需要快速返回，释放占用的资源，比如goroutine，文件描述符等。

服务端常见的超时控制

• 进程内的逻辑处理
• 读写客户端请求，比如HTTP或者RPC请求
• 调用其它服务端请求，包括调用RPC或者访问DB等

没有超时控制会怎样？

为了简化本文，我们以一个请求函数 hardWork 为例，用来做啥的不重要，顾名思义，可能处理起来比较慢。

func hardWork(job interface{}) error {
    time.Sleep(time.Minute)
    return nil
}

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
  return hardWork(job)
}

这时客户端看到的就一直是大家熟悉的画面

<img src="https://gitee.com/kevwan/static/raw/master/doc/images/loading.jpg" width="25%">

绝大部分用户都不会看一分钟菊花，早早弃你而去，空留了整个调用链路上一堆资源的占用，本文不究其它细节，只聚焦超时实现。

下面我们看看该怎么来实现超时，其中会有哪些坑。

第一版实现

大家可以先不往下看，自己试着想想该怎么实现这个函数的超时，第一次尝试：

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*2)
    defer cancel()

    done := make(chan error)
    go func() {
        done <- hardWork(job)
    }()

    select {
    case err := <-done:
        return err
    case <-ctx.Done():
        return ctx.Err()
    }
}

我们写个 main 函数测试一下

func main() {
    const total = 1000
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(total)
    now := time.Now()
    for i := 0; i < total; i++ {
        go func() {
            defer wg.Done()
            requestWork(context.Background(), "any")
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("elapsed:", time.Since(now))
}

跑一下试试效果

➜ go run timeout.go
elapsed: 2.005725931s

超时已经生效。但这样就搞定了吗？

goroutine 泄露

让我们在main函数末尾加一行代码看看执行完有多少goroutine

time.Sleep(time.Minute*2)
fmt.Println("number of goroutines:", runtime.NumGoroutine())

sleep 2分钟是为了等待所有任务结束，然后我们打印一下当前goroutine数量。让我们执行一下看看结果

➜ go run timeout.go
elapsed: 2.005725931s
number of goroutines: 1001

goroutine泄露了，让我们看看为啥会这样呢？首先，requestWork 函数在2秒钟超时后就退出了，一旦 requestWork 函数退出，那么 done channel 就没有goroutine接收了，等到执行 done <- hardWork(job) 这行代码的时候就会一直卡着写不进去，导致每个超时的请求都会一直占用掉一个goroutine，这是一个很大的bug，等到资源耗尽的时候整个服务就失去响应了。

那么怎么fix呢？其实也很简单，只要 make chan 的时候把 buffer size 设为1，如下：

done := make(chan error, 1)

这样就可以让 done <- hardWork(job) 不管在是否超时都能写入而不卡住goroutine。此时可能有人会问如果这时写入一个已经没goroutine接收的channel会不会有问题，在Go里面channel不像我们常见的文件描述符一样，不是必须关闭的，只是个对象而已，close(channel) 只是用来告诉接收者没有东西要写了，没有其它用途。

改完这一行代码我们再测试一遍：

➜ go run timeout.go
elapsed: 2.005655146s
number of goroutines: 1

goroutine泄露问题解决了！

panic 无法捕获

让我们把 hardWork 函数实现改成

panic("oops")

修改 main 函数加上捕获异常的代码如下：

go func() {
  defer func() {
    if p := recover(); p != nil {
      fmt.Println("oops, panic")
    }
  }()

  defer wg.Done()
  requestWork(context.Background(), "any")
}()

此时执行一下就会发现panic是无法被捕获的，原因是因为在 requestWork 内部起的goroutine里产生的panic其它goroutine无法捕获。

解决方法是在 requestWork 里加上 panicChan 来处理，同样，需要 panicChan 的 buffer size 为1，如下：

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*2)
    defer cancel()

    done := make(chan error, 1)
    panicChan := make(chan interface{}, 1)
    go func() {
        defer func() {
            if p := recover(); p != nil {
                panicChan <- p
            }
        }()

        done <- hardWork(job)
    }()

    select {
    case err := <-done:
        return err
    case p := <-panicChan:
        panic(p)
    case <-ctx.Done():
        return ctx.Err()
    }
}

改完就可以在 requestWork 的调用方处理 panic 了。

超时时长一定对吗？

上面的 requestWork 实现忽略了传入的 ctx 参数，如果 ctx 已有超时设置，我们一定要关注此传入的超时是不是小于这里给的2秒，如果小于，就需要用传入的超时，只需修改如下：
如下：

ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*2)

Data race

这里 requestWork 只是返回了一个 error 参数，如果需要返回多个参数，那么我们就需要注意 data race，此时可以通过锁来解决，具体实现参考 go-zero/zrpc/internal/serverinterceptors/timeoutinterceptor.go，这里不做赘述。

完整示例

package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "runtime"
    "sync"
    "time"

    "github.com/tal-tech/go-zero/core/contextx"
)

func hardWork(job interface{}) error {
    time.Sleep(time.Second * 10)
    return nil
}

func requestWork(ctx context.Context, job interface{}) error {
    ctx, cancel := contextx.ShrinkDeadline(ctx, time.Second*2)
    defer cancel()

    done := make(chan error, 1)
    panicChan := make(chan interface{}, 1)
    go func() {
        defer func() {
            if p := recover(); p != nil {
                panicChan <- p
            }
        }()

        done <- hardWork(job)
    }()

    select {
    case err := <-done:
        return err
    case p := <-panicChan:
        panic(p)
    case <-ctx.Done():
        return ctx.Err()
    }
}

func main() {
    const total = 10
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(total)
    now := time.Now()
    for i := 0; i < total; i++ {
        go func() {
            defer func() {
                if p := recover(); p != nil {
                    fmt.Println("oops, panic")
                }
            }()

            defer wg.Done()
            requestWork(context.Background(), "any")
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("elapsed:", time.Since(now))
    time.Sleep(time.Second * 20)
    fmt.Println("number of goroutines:", runtime.NumGoroutine())
}

更多细节

请参考 go-zero 源码：

• go-zero/core/fx/timeout.go
• go-zero/zrpc/internal/clientinterceptors/timeoutinterceptor.go
• go-zero/zrpc/internal/serverinterceptors/timeoutinterceptor.go

项目地址

https://github.com/tal-tech/go-zero

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