本篇文章讨论实现原理基于 Go 1.13.
在垃圾回收机制 (GC) 中,"Stop the World" (STW) 是一个重要阶段。顾名思义, 在 "Stop the World" 阶段, 当前运行的所有程序将被暂停, 扫描内存的 root 节点和添加写屏障 (write barrier) 。本篇文章讨论的是, "Stop the World" 内部工作原理及我们可能会遇到的潜在风险。
Stop The World(STW)
这里面的"停止", 指的是停止正在运行的 goroutines。下面这段程序就执行了 "Stop the World":
func main() {
runtime.GC()
}
这段代码中, 调用 runtime.GC()
执行垃圾回收, 会触发 "Stop the World"的三个步骤。
(关于关于垃圾回收机制, 可以参考我的另外一篇文章 ["Go:内存标记在垃圾回收中的实现"](https://medium.com/a-journey-with-go/go-how-does-the-garbage-collector-mark-the-memory-72cfc12c6976 ""Go:内存标记在垃圾回收中的实现"")):
这个阶段的第一步, 是抢占所有正在运行的 goroutine(即图中 G
):
被抢占之后, 这些 Goroutine 会被悬停在一个相对安全的状态。同时,承载 Goroutine 的处理器 P
(无论是正在运行代码的处理器还是已在 idle 列表中的处理器), 都会被被标记成停止状态 (stopped), 不再运行任何代码:
接下来, Go 调度器 (Scheduler) 开始调度, 把每个处理器的 Marking Worker (即图中 M
) 从各自对应的处理器 P
分离出来, 放到 idle 列表中去, 如下图:
在停止了处理器和 Marking Worker 之后, 对于 Goroutine 本身, 他们会被放到一个全局队列中等待:
到目前为止, 整个"世界"被停止. 至此, 仅存的 "Stop The World" (STW)goroutine 可以开始接下来的回收工作, 在一些列的操作结束之后, 再启动整个"世界"。
我们也可以在 Tracing 工具中看到一次 STW 的运行状态:
系统调用
下面我们来讨论一下 STW 是如何处理系统调用的。
我们知道, 系统调用是需要返回的, 那么当整个"世界"被停止的时候, 已经存在的系统调用如何被处理呢?
我们通过一个实际例子来理解:
func main() {
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(10)
for i := 0; i < 10; i++ {
Go func() {
http.Get(`https://httpstat.us/200`)
wg.Done()
}()
}
wg.Wait()
}
这是一段简单的系统调用的程序, 我们通过 Tracing 工具看一下它是如何被处理的:
我们可以看到, 这个系统调用 Goroutine (即图中 G30
) 在"世界"被停止的时候, 就已经存在了。
但是, 我们之前提到, STW 把所有的处理器 P
都标为停止状态 (stopped) , 所以, 这个系统调用的 Goroutine 也会被放到全局队列中, 等待 Golang 世界恢复之后, 被重新启用。
延迟
前文提到 STW 的第三步是将 Marking Worker(M
) 从处理器(P
)上分离, 然后放入 idle 列表中。
而实际上, Go 会等待他们自发停止, 也就是说当调度器(scheduler)运行的时候, 系统调用在运行的时候, STW 会等待。
理论上, 等待一个 Goroutine 被抢占是很快的, 但是在有些情况下, 还是会出现相应的延迟。
我们通过一个例子来模拟类似情况:
func main() {
var t int
for i := 0;i < 20 ;i++ {
Go func() {
for i := 0;i < 1000000000 ;i++ {
t++
}
}()
}
runtime.GC()
}
我们还是来看一下这段代码运行的 Tracing 情况, 从下图我们可以看到 STW 阶段总共耗时 2.6 秒:
我们来简单分析为什么会出现这么长的 STW:正如例子中的 main 函数, 一个没有函数调用的 Goroutine 一般不会被抢占, 那么这个 Goroutine 对应的处理器 P
在任务结束之前不会被释放。
而 STW 的机制是等待它自发停止, 因此就出现了 2.6 秒的 STW。
为了提高整体程序的效率, 我们一般需要避免或者改进这种情况。
关于这部分, 大家可以参考我的另一篇文章代码会死循环吗?Go 异步抢占
via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-how-does-go-stop-the-world-1ffab8bc8846
作者:Vincent Blanchon[1]译者:SarahChenBJ[2]校对:@unknwon[3]
本文由 GCTT[4] 原创编译,Go 中文网[5] 荣誉推出
参考资料
Vincent Blanchon: https://medium.com/@blanchon.vincent
[2]SarahChenBJ: https://github.com/SarahChenBJ
[3]@unknwon: https://github.com/unknwon
[4]GCTT: https://github.com/studygolang/GCTT
[5]Go 中文网: https://studygolang.com/
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