Go 语言 errgroup 库的使用方式和实现原理

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01 

介绍

在 Go 语言中，我们可以使用 errgroup 库处理 goroutine 中的错误。

errgroup 库最近更新了，新增支持限制并发数量的功能。

本文我们介绍 errgroup 库的使用方式和实现原理。

02 

使用方式

errgroup 库使用非常简单，我们通过三个简单示例代码，分别介绍三种使用方式。

基础使用

func main() {
 eg := errgroup.Group{}
 eg.Go(func() error {
  fmt.Println("go1")
  return nil
 })
 eg.Go(func() error {
  fmt.Println("go2")
  err := errors.New("go2 err")
  return err
 })
 err := eg.Wait()
 if err != nil {
  fmt.Println("err =", err)
 }
}

阅读上面这段代码，我们使用 errgroup 库的 Go() 方法启动两个 goroutine，分别模拟错误 goroutine 和正常 goroutine。

然后，使用 errgroup 库的 Wait() 方法判断是否有 goroutine 返回错误信息。

附加 cancel 功能

func main() {
 eg, ctx := errgroup.WithContext(context.Background())
 eg.Go(func() error {
  time.Sleep(1 * time.Second)
  select {
  case <-ctx.Done():
   fmt.Println("go1 cancel, err = ", ctx.Err())
  default:
   fmt.Println("go1 run")
  }
  return nil
 })
 eg.Go(func() error {
  err := errors.New("go2 err")
  return err
 })
 err := eg.Wait()
 if err != nil {
  fmt.Println("err =", err)
 }
}

阅读上面这段代码，我们使用 errgroup 库的 WithContext() 函数，可以附加 cancel 功能。

我们在第一个使用 Go() 方法启动的协程函数中，使用 select ... case ... default 监听其他协程是否返回错误并做出相应的逻辑处理。

限制并发数量

func main() {
 eg := errgroup.Group{}
 eg.SetLimit(2)
 eg.TryGo(func() error {
  fmt.Println("go1 run")
  return nil
 })
 eg.TryGo(func() error {
  err := errors.New("go2 err")
  return err
 })
 eg.TryGo(func() error {
  fmt.Println("go3 run")
  return nil
 })
 err := eg.Wait()
 if err != nil {
  fmt.Println("err =", err)
 }
}

阅读上面这段代码，我们使用 errgroup 库新增的限制并发数量的功能。

首先，使用 SetLimit() 方法设置并发数量，然后使用 TryGo() 方法替换 Go() 方法。

03 

实现原理

我们通过阅读 errgroup 库的源码，简单介绍 errgroup 的实现原理。

我们先阅读 Group 结构体的源码。

type Group struct {
 cancel func()

 wg sync.WaitGroup

 sem chan token

 errOnce sync.Once
 err     error
}

在源码中，我们可以发现 Group 结构体包含的 5 个字段，其中 sem 字段是最近为了实现限制并发数量功能而新增的。

通过 Group 结构体的字段，我们可以看出 errgroup 实际上是对 sync 和 context 的封装。

其中，cancel 是使用 context 的 cancel 方法；wg 是使用 sync.WairGroup 的相关方法；sem 是通过 channel 实现控制并发数量；errOnce 是使用 sync.Once 的特性，只保存第一个返回的 goroutine 错误；err 是 goroutine 返回的错误。

func (g *Group) Go(f func() error) {
 if g.sem != nil {
  g.sem <- token{}
 }

 g.wg.Add(1)
 go func() {
  defer g.done()

  if err := f(); err != nil {
   g.errOnce.Do(func() {
    g.err = err
    if g.cancel != nil {
     g.cancel()
    }
   })
  }
 }()
}

我们阅读 errgroup 库的 Go() 方法，首先，通过判断 g.sem 的值是否是 nil，如果 g.sem 的值不是 nil，说明已设置并发数量，就通过向 g.sem 中发送一个空结构体 token{}，来抢占资源。

如果抢到资源，就启动一个 goroutine，否则，就阻塞，等待其他正在执行的 goroutine 释放一个资源。

细心的读者可能已经发现，Go() 方法除了开头新增判断 g.sem 的值是否为 nil 的逻辑代码之外，defer 也发生了变化，由之前的直接调用 sync.WaitGroup 的 Done() 方法，改为调用 errgroup 库新增的 done() 方法。

done() 方法源码：

func (g *Group) done() {
 if g.sem != nil {
  <-g.sem
 }
 g.wg.Done()
}

通过阅读 done() 方法的源码，我们可以发现，在调用 sync.WaitGroup 的 Done() 方法之前，先判断 g.sem 的值是否是 nil，如果不是 nil，则释放资源。

我们再阅读 Wait() 方法的源码：

func (g *Group) Wait() error {
 g.wg.Wait()
 if g.cancel != nil {
  g.cancel()
 }
 return g.err
}

通过阅读 Wait() 方法的源码，我们可以发现它实际上是封装 sync.WaitGroup 的 Wait() 方法，和 context 包的 cancel，并且返回所有运行的 goroutine 中第一个返回的错误。

最后，我们阅读新增控制并发数量的功能 TryGo() 方法和 SetLimit() 方法的源码：

func (g *Group) TryGo(f func() error) bool {
 if g.sem != nil {
  select {
  case g.sem <- token{}:
   // Note: this allows barging iff channels in general allow barging.
  default:
   return false
  }
 }

 g.wg.Add(1)
 go func() {
  defer g.done()

  if err := f(); err != nil {
   g.errOnce.Do(func() {
    g.err = err
    if g.cancel != nil {
     g.cancel()
    }
   })
  }
 }()
 return true
}

通过阅读 TryGo() 方法的源码，我们可以发现，它和 Go() 方法的区别就是在处理 g.sem 的值上，使用的逻辑不同。

TryGo() 方法在处理 g.sem 的值时，使用 select ... case ... default 语句，先尝试一次抢占资源，当无法抢到资源时，不再阻塞，而是直接返回 false，表示执行失败。

SetLimit() 方法的源码：

func (g *Group) SetLimit(n int) {
 if n < 0 {
  g.sem = nil
  return
 }
 if len(g.sem) != 0 {
  panic(fmt.Errorf("errgroup: modify limit while %v goroutines in the group are still active", len(g.sem)))
 }
 g.sem = make(chan token, n)
}

通过阅读 SetLimit() 方法的源码，我们可以看出当入参 n 的值小于 0 时，直接给 g.sem 赋值为 nil，表示不限制并发数量。

在调用 SetLimit() 方法时，g.sem 必须是一个空通道，否则程序会 panic。

除去 SetLimit() 方法的判断逻辑代码，实际上 SetLimit() 方法就是创建一个大小为 n 的有缓冲 channel。

SetLimit() 和 TryGo() 通常一起使用。

04 

总结

本文我们介绍 Go 方法提供的 errgroup 库，该库最近新增了控制并发数量的功能。

我们先介绍了三种使用方式，然后通过阅读源码，分析其实现原理。

errgroup 库的代码不多，建议感兴趣的读者朋友们阅读完整源码。

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参考资料：

1. https://github.com/golang/sync/blob/master/errgroup/errgroup.go
2. https://pkg.go.dev/golang.org/x/sync@v0.1.0/errgroup

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