go底层系列-defer原理剖析

go底层系列-defer原理剖析
- defer
- - 前言
  - 热身
  - defer规则
  - - 规则一：延迟函数的**参数在defer语句出现时就已经确定下来**了
    - 规则二：延迟函数执行按后进先出顺序执行，即**先出现的 defer最后执行**
    - 规则三：延迟函数可能操作主函数的具名返回值
    - - 函数返回过程
      - 主函数拥有匿名返回值，返回字面值
      - 主函数拥有匿名返回值，返回变量
      - 主函数拥有具名返回值
  - defer 实现原理
  - - defer 数据结构
    - defer的创建和执行
  - 总结

defer

前言

defer语句
- 用于延迟函数的调用
- 每次defer都会把一个函数压入栈中
- 函数返回前再把延迟的函数取出并执行
我们把创建defer的函数称为主函数
defer语句后面的函数称为延迟函数
- 延迟函数可能有输入参数
  - 参数可能来源于定义defer的函数
- 延迟函数也可能引用主函数用于返回的变量
  - 也就是说延迟函数可能会影响主函数的一些行为
- 这些场景下，如果不了解defer的规则很容易出错

热身

// 下面函数输出结果是什么？
func deferFuncParameter()  {var aInt = 1defer fmt.Println(aInt)aInt = 2return
}func main() {deferFuncParameter()
}
// 题目说明：
//      函数deferFuncParameter()定义一个整型变量并初始化为1，
//      然后使用defer语句打印出变量值，最后修改变量值为2
// 参考答案：
//      输出1。
//      延迟函数fmt.Println(aInt)的参数在defer语句出现时就已经确定了(这句话是关键)
//      所以无论后面如何修改aInt变量都不会影响延迟函数// 下面程序输出什么？
func printArray(array *[3]int)  {for i := range array {fmt.Println(array[i])}
}func deferFuncParameter()  {var aArray = [3]int{1, 2, 3}defer printArray(&aArray)aArray[0] = 10return
}func main() {deferFuncParameter()
}
// 函数说明：
//      函数deferFuncParameter()定义一个数组，通过defer延迟函数printArray()的调用，
//      最后修改数组第一个元素。printArray()函数接受数组的指针并把数组全部打印出来
// 参考答案：
//      输出10、2、3三个值。延迟函数printArray()的参数在defer语句出现时就已经确定了，即数组的地址
//      由于延迟函数执行时机是在return语句之前(这句是关键)
//      所以对数组的最终修改值会被打印出来// 下面函数输出什么？
func deferFuncReturn() (result int) {i := 1defer func() {result ++}()return i
}func main() {fmt.Println(deferFuncReturn())
}
// 函数说明：
//      函数拥有一个具名返回值result，函数内部声明一个变量i，
//      defer指定一个延迟函数，最后返回变量i。延迟函数中递增result
// 参考答案：
//      函数输出2。
//      函数的return语句并不是原子的，
//      实际执行分为：设置返回值—>ret，
//      defer语句实际执行在返回前，即拥有defer的函数返回过程是：设置返回值—>执行defer—>ret。
//      所以return语句先把result设置为i的值，即1，defer语句中又把result递增1，所以最终返回2

defer规则

规则一：延迟函数的参数在defer语句出现时就已经确定下来了

func a() {i := 0defer fmt.Println(i)i ++return
}// defer语句中的fmt.Println()参数i值在defer出现时就已经确定下来
// 实际上是拷贝了一份。
// 后面对变量i的修改不会影响fmt.Println()函数的执行，仍然打印”0”。// 注意：对于指针类型参数，规则仍然适用
//      只不过延迟函数的参数是一个地址值
// 这种情况下
//      defer后面的语句对变量的修改可能会影响延迟函数

规则二：延迟函数执行按后进先出顺序执行，即先出现的 defer最后执行

这个规则很好理解，定义defer类似于入栈操作，执行defer类似于出栈操作
设计defer的初衷是简化函数返回时资源清理的动作
资源往往有依赖顺序
- 比如先申请A资源，再跟据A资源申请B资源，跟据B资源申请C资源
- 即申请顺序是:A—>B—>C
- 释放时往往又要反向进行。这就是把defer设计成FIFO的原因.
- 每申请到一个用完需要释放的资源时，立即定义一个defer来释放资源是个很好的习惯。

规则三：延迟函数可能操作主函数的具名返回值

定义defer的函数，即主函数可能有返回值
返回值有没有名字没有关系，defer所作用的函数，即延迟函数可能会影响到返回值。
若要理解延迟函数是如何影响主函数返回值的，只要明白函数是如何返回的就足够了。

函数返回过程

关键字return不是一个原子操作
实际上return只代理汇编指令ret，即将跳转程序执行
- 比如语句 return i
- 实际上分两步进行
  - 将i值存入栈中作为返回值
  - 然后执行跳转
- 而defer的执行时机正是跳转前
- 所以defer执行时还是有机会操作返回值的

举个实际的例子:

func deferFuncReturn() (result int) {i := 1defer func() {result ++}()return i
}
// 该函数的return语句可以拆分成下面两行：
result = i
return

主函数拥有匿名返回值，返回字面值

一个主函数拥有一个匿名的返回值，返回时使用字面值
- 比如返回”1”、”2”、”Hello”这样的值
这种情况下defer 语句是无法操作返回值的

func foo() int {var i intdefer func() {i ++}()return 1
}
// 上面的return语句，直接把1写入栈中作为返回值，延迟函数无法操作该返回值，所以就无法影响返回值。

主函数拥有匿名返回值，返回变量

一个主函数拥有一个匿名的返回值，返回使用本地或全局变量
- defer语句可以引用到返回值
- 但不会改变返回值。
下面的返回值哪怕是指针类型也不行

func foo() int {var i intdefer func() {i ++fmt.Println(i)}()return i
}
// 上面的函数，返回一个局部变量，同时defer函数也会操作这个局部变量。
// 对于匿名返回值来说
//      可以假定仍然有一个变量存储返回值
//      假定返回值变量为”anony”
//      上面的返回语句可以拆分成以下过程：
annoy = i
i ++
return annoy

主函数拥有具名返回值

主函声明语句中带名字的返回值，会被初始化成一个局部变量
函数内部可以像使用局部变量一样使用该返回值
- 如果defer语句操作该返回值
- 可能会改变返回结果。

func foo() (ret int) {defer func() {ret ++}()return 0
}
// 上面的函数拆解出来，如下所示
ret = 0
ret ++
return

defer 实现原理

defer 数据结构

defer后面一定要接一个函数，所以defer的数据结构跟一般函数类似
也有栈地址、程序计数器、函数地址等等。
与函数不同的一点
- 它含有一个指针，可用于指向另一个defer
- 每个goroutine数据结构中实际上也有一个defer 指针
  - 该指针指向一个defer的单链表
  - 每次声明一个defer时，就将defer插入到单链表表头
  - 每次执行defer时，就从单链表表头取出一个defer执行
一个goroutine可能连续调用多个函数
defer添加过程跟上述流程一致
- 进入函数时添加defer
- 离开函数时取出 defer
所以即便调用多个函数，也总是能保证defer是按FIFO方式执行的

defer的创建和执行

源码包 src/runtime/panic.go 定义了两个方法分别用于创建和执行defer
- deferproc()：在声明defer处调用，其将defer函数存入goroutine的链表中
- deferreturn()：在return指令，准确的讲是在ret指令前调用
  - 其将defer从goroutine链表中取出并执行
  - 可以简单这么理解，在编译在阶段
    - 声明defer处插入了函数deferproc()
    - 在函数return前插入了函数 deferreturn()。

总结

defer定义的延迟函数参数在defer语句出时就已经确定
defer定义顺序与实际执行顺序相反
return不是原子操作
- 执行过程是: 保存返回值(若有)—>执行defer（若有）—>执行ret跳转
申请资源后立即使用defer关闭资源是好习惯

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函数返回过程

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