深入理解Go语言中select与default的调度行为

Go语言并发中的select语句

在go语言中，select语句是实现多路复用i/o和并发控制的关键工具。它允许一个goroutine等待多个通信操作，并在其中任意一个准备就绪时执行相应的代码块。select语句的基本行为是阻塞的：如果没有任何case准备就绪，它会一直等待，直到某个case可以执行。

然而，当select语句包含一个default子句时，其行为会发生根本性变化。如果没有任何case准备就绪，select将立即执行default子句，而不会阻塞。这种非阻塞特性在某些场景下非常有用，例如实现非阻塞的通道发送或接收。

select与default的潜在陷阱：忙循环

考虑以下Go语言爬虫示例中的Crawl函数：

func Crawl(url string, depth int, fetcher Fetcher) {
    visited := make(map[string]bool)
    doneCrawling := make(chan bool, 100)
    toDoList := make(chan Todo, 100)
    toDoList <- Todo{url, depth}

    crawling := 0
    for {
        select {
        case todo := <-toDoList:
            if todo.depth > 0 && !visited[todo.url] {
                crawling++
                visited[todo.url] = true
                go crawl(todo, fetcher, toDoList, doneCrawling)
            }
        case <-doneCrawling:
            crawling--
        default:
            // 这里的fmt.Print("")是关键
            if os.Args[1]=="ok" {
                fmt.Print("") // 有时能让程序终止
            }
            if crawling == 0 {
                goto END
            }
        }
    }
END:
    return
}

在这个Crawl函数中，主循环使用select来处理待爬取任务（toDoList）和已完成任务（doneCrawling）。当toDoList和doneCrawling两个通道都没有数据时，select会立即执行default子句。

问题在于，如果default子句中的代码执行速度非常快，并且没有显式地让出CPU（yield），那么select循环将形成一个紧密的忙循环（busy-loop）。在单核或GOMAXPROCS=1的环境下，这个忙循环会独占CPU，导致其他goroutine（例如由go crawl(...)启动的爬取任务）无法获得调度执行的机会。即使有多个核心，这种忙循环也会消耗大量CPU资源，并且可能延迟其他goroutine的执行，尤其是在它们需要发送数据到toDoList或doneCrawling通道时。

立即学习“go语言免费学习笔记（深入）”；

fmt.Print的“神奇”作用

示例代码中有一个有趣的现象：当default子句中包含fmt.Print("")时，程序能够正常终止；而移除它，程序则会无限期地运行。这并非fmt.Print本身有什么特殊魔力，而是因为它通常会涉及系统调用（syscall）。

Go语言的调度器在遇到系统调用时，会将当前的goroutine标记为阻塞，并调度其他goroutine运行。即使fmt.Print("")只是打印一个空字符串，它仍然会触发底层I/O操作，从而导致系统调用。这个系统调用为Go调度器提供了一个自然的“让出点”（yielding point），使得其他等待执行的goroutine有机会获得CPU时间，进而向toDoList或doneCrawling发送数据，最终使crawling计数归零并允许程序终止。

如果没有fmt.Print("")，default子句可能只包含简单的条件判断和goto语句，这些操作在用户空间执行，不涉及系统调用，因此Go调度器可能不会主动让出CPU。这使得主goroutine陷入无限的忙循环，饿死其他goroutine。

Felvin

AI无代码市场，只需一个提示快速构建应用程序

161

查看详情

解决方案与最佳实践

为了避免这种忙循环问题，我们应该重新设计select循环，确保在没有通道操作时，程序不会无限期地空转。一种常见的做法是将终止条件检查放在select语句之外，或者在default子句中显式地引入一个短时间的休眠（例如time.Sleep），但更好的方法是避免default子句的忙循环。

以下是修复后的Crawl函数示例：

func Crawl(url string, depth int, fetcher Fetcher) {
    visited := make(map[string]bool)
    doneCrawling := make(chan bool, 100)
    toDoList := make(chan Todo, 100)
    toDoList <- Todo{url, depth}

    crawling := 0
    for {
        // 将终止条件检查移到select之外，或者在select内部没有default
        // 这样当所有goroutine都完成时，crawling会变为0，循环会退出
        if crawling == 0 && len(toDoList) == 0 { // 确保没有待处理任务
            break // 所有任务完成，退出循环
        }

        select {
        case todo := <-toDoList:
            if todo.depth > 0 && !visited[todo.url] {
                crawling++
                visited[todo.url] = true
                go crawl(todo, fetcher, toDoList, doneCrawling)
            }
        case <-doneCrawling:
            crawling--
        // 移除default子句，让select在没有通道活动时阻塞
        // 这样主goroutine会等待其他goroutine完成任务或发送新任务
        }
    }
    return
}

在这个改进版本中：

1. 移除default子句： select语句将恢复其阻塞行为。当toDoList和doneCrawling都没有数据时，主goroutine会阻塞，等待其他crawl goroutine完成任务或提交新任务。这避免了忙循环。
2. 外部终止条件： 终止条件crawling == 0 && len(toDoList) == 0被移到了select循环的外部，并在每次循环迭代开始时检查。这确保了在所有任务都完成且没有新的待处理任务时，主循环能够正常退出。
   • crawling == 0：表示所有已启动的crawl goroutine都已通过doneCrawling通道通知完成。
   • len(toDoList) == 0：确保toDoList中没有待处理的任务。这是必要的，因为crawling只在启动新crawl goroutine时增加，如果toDoList中还有任务但深度为0或已访问，它们可能不会启动新的crawl goroutine，但仍然需要被处理。

总结

select语句是Go并发编程中的强大工具，但其default子句的使用需要特别小心。当select与default结合使用时，如果没有可用的通信操作，它会立即执行default，如果default子句没有让出CPU，可能会导致主goroutine陷入忙循环，从而饿死其他goroutine，阻止程序正常终止。

关键点在于理解Go调度器的工作方式：系统调用通常是调度器让出CPU的良好时机。因此，像fmt.Print这样的I/O操作，即使看起来微不足道，也可能无意中解决了调度问题。

最佳实践是避免在default子句中创建紧密的循环，或者完全移除default子句，让select阻塞等待通道活动。当需要判断所有并发任务是否完成时，应该设计清晰的同步机制（如计数器、sync.WaitGroup或精确的通道管理）来确保程序能够正确、优雅地终止。

以上就是深入理解Go语言中select与default的调度行为的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！