Go 语言中如何处理并发错误

简介: 在 Go 语言中,并发编程中的错误处理尤为复杂。本文介绍了几种常见的并发错误处理方法,包括 panic 的作用范围、使用 channel 收集错误与结果,以及使用 errgroup 包统一管理错误和取消任务,帮助开发者编写更健壮的并发程序。

在 Go 语言中,错误处理一直是开发中不可或缺的一部分。尤其在并发编程场景下,由于多个 goroutine 同时运行,错误的传递和处理就变得更为复杂。这篇文章就介绍了一些常见的处理并发错误的方法,以供各位参考。

一、 panic 只会触发当前 goroutine 中的 defer 操作

很多开发者初次接触 Go 时容易误解 panic 的作用范围。下面我们先来看一个错误的代码示例:

1.1 示例代码

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
   
    // 在主 goroutine 中设置 defer,用于捕获 panic
    // 注意:这个 defer 只能捕获发生在主 goroutine 中的 panic
    defer func() {
   
        // recover() 只能捕获当前 goroutine 内的 panic,
        // 如果 panic 发生在其他 goroutine 中,该 defer 无法捕获
        if e := recover(); e != nil {
   
            fmt.Println("捕获到 panic:", e)
        }
    }()

    // 启动子 goroutine,演示 panic 的传播范围
    go func() {
   
        // 输出提示信息,表示子 goroutine 开始执行
        fmt.Println("子 goroutine 开始")
        // 主动触发 panic,注意这里的 panic 发生在子 goroutine 内,
        // 因此主 goroutine 中的 defer 无法捕获该 panic
        panic("Goroutine 发生 panic")
    }()

    // 主 goroutine 等待一段时间,确保子 goroutine 有足够时间执行
    time.Sleep(2 * time.Second)
    // 输出主 goroutine 结束信息
    fmt.Println("主 goroutine 结束")
}

运行这段代码,我们会发现,会直接报错了:

子 goroutine 开始
panic: Goroutine 发生 panic

goroutine 18 [running]:
main.main.func2()
        ~/golang-tutorial/tt.go:25 +0x59
created by main.main in goroutine 1
        ~/golang-tutorial/tt.go:20 +0x3b
exit status 2

1.2 代码说明

  • 主 goroutine 中的 defer:
    主函数开始时设置了一个 defer 函数,目的是在发生 panic 时捕获并打印错误信息。然而,由于 recover 只能捕获当前 goroutine 内的 panic,当子 goroutine 内发生 panic 时,这个 defer 不会生效。

  • 子 goroutine 中的 panic:
    在子 goroutine 中调用 panic 后,由于没有设置独立的 recover 逻辑,该 goroutine 会直接崩溃,panic 信息不会传递到主 goroutine 中。
    这样可以清楚地看到,即使主 goroutine 使用了 defer 进行错误捕获,也无法捕捉到其他 goroutine 中发生的 panic。

  • 延时等待:
    主 goroutine 使用 time.Sleep 等待一定时间,以确保子 goroutine 有机会执行并触发 panic,从而验证 panic 的作用范围。

既然程序会直接崩溃,那么,如何解决这个问题呢?

1.3 正确处理

我们只需要在子 goroutine 中使用 recover 就可以了:

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
   
    defer func() {
   
        if e := recover(); e != nil {
   
            fmt.Println("捕获到 panic:", e)
        }
    }()

    go func() {
   
        defer func() {
   
            if e := recover(); e != nil {
   
                fmt.Println("子 goroutine 捕获到 panic:", e)
            }
        }()
        fmt.Println("子 goroutine 开始")
        panic("Goroutine 发生 panic")
    }()

    time.Sleep(2 * time.Second)
    fmt.Println("主 goroutine 结束")
}

运行以上代码,可以发现,打印出的结果为:

子 goroutine 开始
子 goroutine 捕获到 panic: Goroutine 发生 panic
主 goroutine 结束

这就说明:panic 只会触发当前 goroutine 内的 defer 操作,不能跨 goroutine 捕获或恢复其他 goroutine 中的 panic。


二、多 goroutine 中收集错误和结果

假设我们有个需求,需要同时使用多个 goroutine 通过 http.Get 去请求以下四个地址,其中只有 https://httpbin.org/get 能够正常响应,其余地址均为故意写错的地址:

  • https://httpbin1.org/get
  • https://httpbin.org/get
  • https://httpbin2.org/get
  • https://httpbin3.org/get

2.1 如何批量收集错误信息?

在并发请求中,可以通过错误通道( error channel )来收集各个 goroutine 中发生的错误。例如:

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
    "sync"
)

func main() {
   
    urls := []string{
   
        "https://httpbin1.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin2.org/get",
        "https://httpbin3.org/get",
    }

    var wg sync.WaitGroup
    // 创建一个带缓冲的错误通道,大小为 URL 数量
    errCh := make(chan error, len(urls))

    // 遍历所有 URL,分别启动 goroutine 发起请求
    for _, url := range urls {
   
        wg.Add(1)
        go func(url string) {
   
            defer wg.Done() // 保证 goroutine 结束时减少计数
            resp, err := http.Get(url)
            if err != nil {
   
                // 如果请求出错,将错误发送到错误通道中
                errCh <- fmt.Errorf("请求 %s 失败: %v", url, err)
                return
            }
            defer resp.Body.Close()
            // 打印成功信息
            fmt.Printf("请求 %s 成功,状态码: %d\n", url, resp.StatusCode)
        }(url)
    }

    // 等待所有 goroutine 执行完毕
    wg.Wait()
    // 关闭错误通道
    close(errCh)

    // 遍历错误通道,输出所有错误信息
    for err := range errCh {
   
        fmt.Println("错误信息:", err)
    }
}

在这个示例中,我们通过一个 channel errCh 来存储每个 goroutine 产生的错误,待所有 goroutine 执行完毕后,再统一处理错误信息。

2.2 那如果也需要结果呢?

如果希望每个请求的结果和可能的错误信息,我们可以定义一个结构体,将请求的结果与错误信息封装在一起,再通过 channel 收集:

package main

import (
    "fmt"
    "io"
    "net/http"
    "sync"
)

// Result 用于封装每个请求的结果和错误信息
type Result struct {
   
    URL        string // 请求的 URL
    StatusCode int    // 返回的 HTTP 状态码
    Err        error  // 请求过程中发生的错误
    Content    []byte // 返回的内容
}

func main() {
   
    urls := []string{
   
        "https://httpbin1.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin2.org/get",
        "https://httpbin3.org/get",
    }

    var wg sync.WaitGroup
    // 创建带缓冲的结果通道,大小为 URL 数量
    resCh := make(chan Result, len(urls))

    // 遍历 URL,启动 goroutine 进行请求
    for _, url := range urls {
   
        wg.Add(1)
        go func(url string) {
   
            defer wg.Done()
            resp, err := http.Get(url)

            result := Result{
   URL: url}

            if err != nil {
   
                // 将错误结果封装后发送到结果通道
                result.Err = err
            } else {
   
                defer resp.Body.Close()
                body, _ := io.ReadAll(resp.Body)
                // 将成功的结果封装后发送到结果通道
                result.StatusCode = resp.StatusCode
                result.Content = body
            }

            resCh <- result
        }(url)
    }

    // 等待所有 goroutine 执行完毕
    wg.Wait()
    close(resCh)

    // 遍历结果通道,输出每个请求的结果和错误信息
    for res := range resCh {
   
        if res.Err != nil {
   
            fmt.Printf("请求 %s 失败: %v\n", res.URL, res.Err)
        } else {
   
            fmt.Printf("请求 %s 成功,状态码: %d, 内容: %s \n", res.URL, res.StatusCode, string(res.Content))
        }
    }
}

在这个示例中,每个 goroutine 都会将自己的请求结果封装到 Result 结构体中,通过通道传递回来,最后我们可以一一对应地输出结果和错误信息。


三、 errgroup 包

3.1 errgroup 包简介

golang.org/x/sync/errgroup 包提供了一个便捷的方式来管理一组 goroutine,并能统一收集它们产生的错误。该包的主要功能有:

  • 错误收集与聚合: 当多个 goroutine 发生错误时,errgroup 会返回第一个遇到的错误。
  • 自动等待: 调用 g.Wait() 可以等待所有启动的 goroutine 执行完毕。
  • 与 context 结合: 通过 WithContext 方法,可以为所有 goroutine 传入相同的 context,从而实现统一的取消逻辑。

这些特性使得 errgroup 在需要并发执行多个任务且统一管理错误时非常有用。

3.2 用 errgroup 包实战一下

以下示例演示了如何使用 errgroup 包来并发请求多个 URL:

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"

    "golang.org/x/sync/errgroup"
)

func main() {
   
    urls := []string{
   
        "https://httpbin1.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin2.org/get",
        "https://httpbin3.org/get",
    }

    // 定义一个存储结果的切片,与 errgroup 共同使用
    results := make([]string, len(urls))
    var g errgroup.Group

    // 遍历所有 URL,启动 goroutine 执行 HTTP 请求
    for i, url := range urls {
   
        i, url := i, url // 为了避免闭包引用同一个变量
        g.Go(func() error {
   
            fmt.Println("开始请求:", url)
            resp, err := http.Get(url)
            if err != nil {
   
                return fmt.Errorf("请求 %s 失败: %v", url, err)
            }
            defer resp.Body.Close()
            results[i] = fmt.Sprintf("请求 %s 成功,状态码: %d", url, resp.StatusCode)
            return nil
        })
    }

    // 等待所有 goroutine 执行完毕
    if err := g.Wait(); err != nil {
   
        fmt.Println("发生错误:", err)
    }

    // 输出所有请求成功的结果
    for _, res := range results {
   
        fmt.Println(res)
    }
}

通过运行上面的代码,可能会打印出类似以下内容:

开始请求: https://httpbin3.org/get
开始请求: https://httpbin2.org/get
开始请求: https://httpbin1.org/get
开始请求: https://httpbin.org/get
发生错误: 请求 https://httpbin3.org/get 失败: Get "https://httpbin3.org/get": dial tcp: lookup httpbin3.org: no such host

请求 https://httpbin.org/get 成功,状态码: 200

我们可以得出以下重要的结论:Wait 会阻塞直至由上述 Go 方法调用的所有函数都返回,但是,如果有错误的话,只会记录第一个非 nil 的错误,也就是说,如果有多个错误的情况下,不会收集所有的错误。

并且,通过源码得知:当遇到第一个错误时,如果之前设定了 cancel 方法,那么还会调用 cancel 方法,那么,如何创建带有 cancel 方法的 errgroup.Group 呢?

3.3 使用 errgroup 包中的 WithContext 方法

有时我们希望在某个 goroutine 发生错误时,能够通知其他正在执行的任务提前取消。这时可以使用 errgroup.WithContext 方法。以下示例展示了如何实现这一点:

package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "net/http"

    "golang.org/x/sync/errgroup"
)

func main() {
   
    urls := []string{
   
        "https://httpbin1.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin2.org/get",
        "https://httpbin3.org/get",
    }

    // 使用 context.Background 创建基本上下文,并通过 WithContext 包装 errgroup
    ctx := context.Background()
    g, ctx := errgroup.WithContext(ctx)

    // 定义存储结果的切片
    results := make([]string, len(urls))

    // 遍历所有 URL,启动 goroutine 发起请求
    for i, url := range urls {
   
        i, url := i, url
        g.Go(func() error {
   
            fmt.Println("开始请求:", url)
            // 在发起请求前,根据 context 判断是否取消
            req, err := http.NewRequestWithContext(ctx, "GET", url, nil)
            if err != nil {
   
                return err
            }

            resp, err := http.DefaultClient.Do(req)
            if err != nil {
   
                return fmt.Errorf("请求 %s 失败: %v", url, err)
            }
            defer resp.Body.Close()

            results[i] = fmt.Sprintf("请求 %s 成功,状态码: %d", url, resp.StatusCode)
            return nil
        })
    }

    // 如果有任一任务返回错误,将自动取消所有依赖于 ctx 的请求
    if err := g.Wait(); err != nil {
   
        fmt.Println("错误发生:", err)
    }

    for _, res := range results {
   
        fmt.Println(res)
    }
}

运行以上的代码,打印结果如下:

开始请求: https://httpbin3.org/get
开始请求: https://httpbin.org/get
开始请求: https://httpbin2.org/get
开始请求: https://httpbin1.org/get
错误发生: 请求 https://httpbin1.org/get 失败: Get "https://httpbin1.org/get": dial tcp: lookup httpbin1.org: no such host

在这个示例中,我们使用 errgroup.WithContext 创建了一个共享的上下文 ctx,所有的 HTTP 请求都与此 context 绑定。一旦某个请求发生错误并返回,其他 goroutine 中绑定该 context 的请求会立即收到取消信号,从而实现整体任务的协同取消。


四、总结

本文从以下几个方面详细介绍了在 Go 语言中如何处理并发错误:

  • panic 和 defer: 通过示例说明 panic 只会触发当前 goroutine 内的 defer 操作,并展示了即使主 goroutine 设置了 defer,也无法捕获子 goroutine 内的 panic。
  • 并发中错误收集: 通过简单示例展示了如何在多个 goroutine 中分别收集错误信息,以及如何关联请求结果与错误信息。
  • errgroup 包的使用: 介绍了 errgroup 包的核心功能,展示了如何用 errgroup 包简化并发错误处理,同时详细演示了 WithContext 方法的使用场景和效果。

通过这些示例和详细解释,希望大家在实际开发中能够更加自信地处理并发任务中的错误问题,从而编写出更加健壮和易维护的代码。

希望这篇文章能对你理解 Go 语言中的并发错误处理有所帮助!

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