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Go 服务调试精解

article 2024/9/24 11:31:30

生产环境总是会遇到一些奇怪的问题，比如 Go 服务时不时地响应非常慢甚至完全没有响应，Go 服务的内存占用总是居高不下等。遇到这些问题该如何排查与分析呢？Go 语言其实为我们提供了一些非常有用的工具，如 ppprof、Trace,这两种工具可以帮助我们分析和解决 Go 服务的性能问题。另外，学习 C 语言的读者可能知道 GDB 可以用来调试 C 程序，那么 Go 语言有没有对应的调试工具呢？ Go 语言专用的调试工具叫作 dlv。

1. Go 程序分析利器 ppprof

pprof 是 Go 语言提供的一款非常强大的性能分析工具，它可以收集 Go 程序的各项运行时指标数据，包括内存、CPU、锁等。有了这些指标数据，大部分的 Go 服务性能问题也就可以迎刃而解了。

1.1 pprof 概述

为什么 pprof 可以帮助我们分析 Go 程序的性能呢？因为它可以采集 Go 服务的运行时数据，比如协程调用栈、内存分配情况等。这样一来，我们就能清楚地知道 Go 服务在哪里阻塞，在哪里消耗内存。当然，要想通过 pprof 分析程序性能，需要引入一点代码，如下所示：

package main
import (
	"net/http"
	_"net/http/pprof"
)

func main(){
	go func(){
		http.ListenAndServe("0.0.0.0:6060",nil)
	}()
}

参考上面的官方说明，可以看到，pprof 工具可以用来分析内存溢出问题、协程溢出问题、锁/阻塞问题等。那么如何应用这些数据指标呢？举一个例子，指标 goroutine 可以采集所有协程的调用栈，通常可以用来分析 Go 服务的阻塞情况，比如当大量协程阻塞在获取锁的代码时，那是不是有可能是因为锁没有被释放？再比如当大量协程阻塞在写管道的代码时，那是不是有可能是因为读管道的协程太慢或者异常退出了？goroutine 指标的输出内容如下所示：

http://127.0.0.1:8888/debug/pprof/goroutine?debug=1

//第一个数字表示协程数
1 @ 0x10390d6 0x1032357 0x1063929 0x10d0372 0x10d16da 0x10d16c8 0x1126c29 0x1135d85 0x131dc9f 0x1069921
#    0x1063928    internal/poll.runtime_pollWait+0x88        /go1.23/src/runtime/netpoll.go:302
#    0x10d0371    internal/poll.(*pollDesc).wait+0x31        /go1.23/src/internal/poll/fd_poll_runtime.go:83
#    0x10d16d9    internal/poll.(*pollDesc).waitRead+0x259    /go1.23/src/internal/poll/fd_poll_runtime.go:88
#    0x10d16c7    internal/poll.(*FD).Read+0x247            /go1.23/src/internal/poll/fd_unix.go:167
#    0x1126c28    net.(*netFD).Read+0x28                /go1.23/src/net/fd_posix.go:55
#    0x1135d84    net.(*conn).Read+0x44                 /go1.23/src/net/net.go:183
#    0x131dc9e    net/http.(*connReader).backgroundRead+0x3e    /go1.23/src/net/http/server.go:672

......

最后思考一个问题：为什么只需要引入 net/http/pprof 就能采集这些运行时数据指标呢？回顾一下上面的程序示例，我们还启动了一个HTTP服务，但是我们没有设置 HTTP 请求的处理器，那么当我们在浏览器中输入地址 “/debug/pprof" 时，该请求由谁处理了呢？其实在引入 net/http/pprof包的时候，其声明的 init 函数就默认注册好了 HTTP 请求处理器，所以我们才能通过这些接口获取到运行时数据指标，如下所示：

func init() {
    //前缀匹配，包含allocs、heap、goroutine等
    http.HandleFunc("/debug/pprof/", Index)

    http.HandleFunc("/debug/pprof/cmdline", Cmdline)
    http.HandleFunc("/debug/pprof/profile", Profile)
    http.HandleFunc("/debug/pprof/symbol", Symbol)
    http.HandleFunc("/debug/pprof/trace", Trace)
}

1.2 内存指标分析

内存指标可以通过地址 “/debug/pprof/heap" 或者 “/debug/pprof/allocs" 查看，这两种指标采样的数据基要上是一样的，只是指标 heap 可以用来采样存活对象的内存分配情况（可通过参数 gc=1 在采样前运行 GC, 这样剩下的都是存活对象了）。以指标 heap 为例，其输出结果如下所示：

//访问地址
http://127.0.0.1:6060/debug/pprof/heap?debug=1&gc=1

//heap profile 汇总数据: 
//3: 29728 [16: 54144] 含义如下：
//inuse对象数目（已分配的，去除了已释放的）: inuse字节 [已分配对象数目: 已分配字节] 
//heap/1048576 平均采样频率1048576字节
heap profile: 10: 29728 [16: 54144] &

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