Golang panic疑难杂症（二）

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panic日志

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[signal SIGSEGV: segmentation violation code=0x1 addr=0x0 pc=0x512f5d]

goroutine 48438156 [running]:
encoding/json.(*encodeState).marshal.func1(0xc009decb40)
        /go/src/encoding/json/encode.go:326 +0x9a
panic(0xd41f60, 0x187d170)
        /go/src/runtime/panic.go:967 +0x15d
encoding/json.(*encodeState).string(0xc004eba100, 0x0, 0x7, 0x1)
        /go/src/encoding/json/encode.go:1003 +0x5d
encoding/json.stringEncoder(0xc004eba100, 0xce54e0, 0xc008bfeea0, 0x198, 0x100)
        /go/src/encoding/json/encode.go:644 +0x358
encoding/json.structEncoder.encode(0xc00451c000, 0x13, 0x21, 0xc0058d99e0, 0xc004eba100, 0xe29520, 0xc008bfeea0, 0x199, 0xd30100)
        /go/src/encoding/json/encode.go:758 +0x2bb
encoding/json.ptrEncoder.encode(0xc0058d9a70, 0xc004eba100, 0xd26880, 0xc008bfeea0, 0x16, 0xd20100)
        /go/src/encoding/json/encode.go:914 +0x116
encoding/json.(*encodeState).reflectValue(0xc004eba100, 0xd26880, 0xc008bfeea0, 0x16, 0xc009de0100)
        /go/src/encoding/json/encode.go:358 +0x82
encoding/json.(*encodeState).marshal(0xc004eba100, 0xd26880, 0xc008bfeea0, 0x450100, 0x0, 0x0)
        /go/src/encoding/json/encode.go:330 +0xf0
encoding/json.Marshal(0xd26880, 0xc008bfeea0, 0x18cf180, 0x8, 0xc0029067a8, 0xc002038c40, 0x15)
        /go/src/encoding/json/encode.go:161 +0x52
...

可以看到，是json encode string的时候发生的panic，这种情况比较少见。

重点是这一行日志：

encoding/json.(*encodeState).string(0xc004eba100, 0x0, 0x7, 0x1)

string()函数的入参有0x0和0x7

实际上这里的0x0是指字符串变量指向内容的指针为0，表示长度的变量为0x7

原理

string类型底层实现是一个指向内容的指针和一个表示长度的int

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// StringHeader is the runtime representation of a string.
// It cannot be used safely or portably and its representation may
// change in a later release.
// Moreover, the Data field is not sufficient to guarantee the data
// it references will not be garbage collected, so programs must keep
// a separate, correctly typed pointer to the underlying data.
type StringHeader struct {
	Data uintptr
	Len  int
}

对字符串的赋值，分为两部分，所以在go里对字符串进行并发读写的话，有可能会导致指向的内容和长度不匹配，导致一些奇怪的问题。

比如两个协程同时并发读写同一个字符串变量，一个赋值为”123”，另一个赋值为”123456”，该字符串有可能为”123”，但长度是6。

但是就算并发读写，Data指针指向的一直是正常地址，只是长度不一定匹配，又怎么会导致nil pointer的呢？

其实，在go里，有一种特殊优化，如果你把字符串赋值为””，即空字符串的话，Data指针是0，也即空指针。

我们来验证一下：

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package main

import (
	"fmt"
	"time"
)


type AudioClips struct {
	Param *TableStruct
}

type TableStruct struct {
	RequestId      string
	Type           string
	Organization   string
	BtId           string
	AppId          string
	TokenId        string
	Channel        string
}


func f(org, serviceId, appId, channel string) {
	curTime := time.Now().Format(layout)
	fmt.Sprintf("%s@%s@%s@%s@%s@%s", curTime, org, serviceId, appId, channel, "length")
}

var layout string

func main() {
	a := AudioClips{
		Param: &TableStruct{
			AppId: "",
			Organization: "org",
			Channel: "channel",
		},
	}

	go func() {
		for {
			f(a.Param.Organization, "serviceId", a.Param.AppId, a.Param.Channel)
		}
	}()

	for {
		go func() {a.Param.AppId = ""}()
		time.Sleep(10*time.Nanosecond)
		go func() {a.Param.AppId = "default"}()
		time.Sleep(10*time.Nanosecond)
	}
}

运行后发生panic

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$ go run main.go
panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference
[signal 0xc0000005 code=0x0 addr=0x0 pc=0xe570a2]

goroutine 34 [running]:
fmt.(*buffer).writeString(...)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/print.go:82
fmt.(*fmt).padString(0xc0000202b0, 0x0, 0x7)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/format.go:110 +0x98
fmt.(*fmt).fmtS(0xc0000202b0, 0x0, 0x7)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/format.go:359 +0x68
fmt.(*pp).fmtString(0xc000020270, 0x0, 0x7, 0x21700000073)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/print.go:446 +0x1d2
fmt.(*pp).printArg(0xc000020270, 0xead6c0, 0xc0003de2b0, 0x73)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/print.go:694 +0x875
fmt.(*pp).doPrintf(0xc000020270, 0xec9c4d, 0x11, 0xc000097f18, 0x6, 0x6)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/print.go:1026 +0x168
fmt.Sprintf(0xec9c4d, 0x11, 0xc000097f18, 0x6, 0x6, 0x0, 0x0)
        C:/Program Files/Go/src/fmt/print.go:219 +0x6d
main.f(0xec799a, 0x3, 0xec8574, 0x9, 0x0, 0x7, 0xec7fd9, 0x7)
        C:/Projects/test/11/main.go:43 +0x1de
main.main.func1(0xc000194000)
        C:/Projects/test/11/main.go:59 +0x8a
created by main.main
        C:/Projects/test/11/main.go:57 +0x91
exit status 2

看下汇编代码，略有精简

go tool compile -S -N -l main.go

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...
"".main.func2 STEXT size=92 args=0x8 locals=0x8
        0x0000 00000 (main.go:47)       TEXT    "".main.func2(SB), ABIInternal, $8-8
        0x0000 00000 (main.go:47)       MOVQ    (TLS), CX
        0x0009 00009 (main.go:47)       CMPQ    SP, 16(CX)
        0x000d 00013 (main.go:47)       PCDATA  $0, $-2
        0x000d 00013 (main.go:47)       JLS     85
        0x000f 00015 (main.go:47)       PCDATA  $0, $-1
        0x000f 00015 (main.go:47)       SUBQ    $8, SP
        0x0013 00019 (main.go:47)       MOVQ    BP, (SP)
        0x0017 00023 (main.go:47)       LEAQ    (SP), BP
        0x001b 00027 (main.go:47)       MOVQ    "".a+16(SP), CX
        0x0020 00032 (main.go:47)       TESTB   AL, (CX)
        0x0022 00034 (main.go:47)       MOVQ    $0, 72(CX)
        0x002a 00042 (main.go:47)       LEAQ    64(CX), DI
        0x002e 00046 (main.go:47)       CMPL    runtime.writeBarrier(SB), $0
        0x0035 00053 (main.go:47)       JEQ     57
        0x0037 00055 (main.go:47)       JMP     76
        0x0039 00057 (main.go:47)       MOVQ    $0, 64(CX)
        0x0041 00065 (main.go:47)       JMP     67
        0x0043 00067 (main.go:47)       PCDATA  $0, $-1
        0x0043 00067 (main.go:47)       PCDATA  $1, $-1
        0x0043 00067 (main.go:47)       MOVQ    (SP), BP
        0x0047 00071 (main.go:47)       ADDQ    $8, SP
        0x004b 00075 (main.go:47)       RET
...

MOVQ $0, 72(CX) 表示把立即数0存入CX地址+72，即把长度0存入Len

MOVQ $0, 64(CX) 表示把立即数0存入CX地址+64，即指向字符串内容的指针值为0，也就是nil pointer

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...
"".main.func3 STEXT size=100 args=0x8 locals=0x8
        0x0000 00000 (main.go:49)       TEXT    "".main.func3(SB), ABIInternal, $8-8
        0x0000 00000 (main.go:49)       MOVQ    (TLS), CX
        0x0009 00009 (main.go:49)       CMPQ    SP, 16(CX)
        0x000d 00013 (main.go:49)       PCDATA  $0, $-2
        0x000d 00013 (main.go:49)       JLS     93
        0x000f 00015 (main.go:49)       PCDATA  $0, $-1
        0x000f 00015 (main.go:49)       SUBQ    $8, SP
        0x0013 00019 (main.go:49)       MOVQ    BP, (SP)
        0x0017 00023 (main.go:49)       LEAQ    (SP), BP
        0x001b 00027 (main.go:49)       MOVQ    "".a+16(SP), CX
        0x0020 00032 (main.go:49)       TESTB   AL, (CX)
        0x0022 00034 (main.go:49)       MOVQ    $7, 72(CX)
        0x002a 00042 (main.go:49)       LEAQ    64(CX), DI
        0x002e 00046 (main.go:49)       PCDATA  $0, $-2
        0x002e 00046 (main.go:49)       PCDATA  $1, $-2
        0x002e 00046 (main.go:49)       CMPL    runtime.writeBarrier(SB), $0
        0x0035 00053 (main.go:49)       JEQ     57
        0x0037 00055 (main.go:49)       JMP     79
        0x0039 00057 (main.go:49)       LEAQ    go.string."default"(SB), AX
        0x0040 00064 (main.go:49)       MOVQ    AX, 64(CX)
        0x0044 00068 (main.go:49)       JMP     70
        0x0046 00070 (main.go:49)       PCDATA  $0, $-1
        0x0046 00070 (main.go:49)       PCDATA  $1, $-1
        0x0046 00070 (main.go:49)       MOVQ    (SP), BP
        0x004a 00074 (main.go:49)       ADDQ    $8, SP
        0x004e 00078 (main.go:49)       RET
...

MOVQ $7, 72(CX) 表示把立即数7存入CX地址+72，即把长度0存入Len

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LEAQ    go.string."default"(SB), AX
MOVQ    AX, 64(CX)

表示把指向”default”的地址存入AX，再把AX存入64(CX)，即把指向字符串内容的指针赋值为”default”的地址

所以在json encode这个字符串的时候，可能会发生字符串有长度，但指向内容的指针是空指针，

可以通过len(str)>0这样的判断，但真正去取值的时候就发生了nil pointer panic。

更进一步

所以可见，如果某个字符串变量存储了很多的内容，可以通过赋值为空字符串进行释放。

那么问题又来了，如果按上面的分析，赋值为空字符串，指针就会为空，那为什么如下代码没有发生panic

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a := ""
p := &a

其实编译器会判断到如果这个空字符串在后续是有取指针操作的话，加上如下汇编代码：

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0x003c 00060 (main.go:9)	MOVQ	"".&p+24(SP), DI
0x0041 00065 (main.go:9)	MOVQ	"".&a+16(SP), AX
0x0046 00070 (main.go:9)	CMPL	runtime.writeBarrier(SB), $0
0x004d 00077 (main.go:9)	JEQ	81
0x004f 00079 (main.go:9)	JMP	95
0x0051 00081 (main.go:9)	MOVQ	AX, (DI)
0x0054 00084 (main.go:9)	JMP	86

以保证可以正常取到指针

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