Go 实战Go内存泄漏,pprof定位内存泄漏问题

引言:

最近解决了我们项目中的一个内存泄露问题,事实再次证明pprof是一个好工具,但掌握好工具的正确用法,才能发挥好工具的威力,不然就算你手里有屠龙刀,也成不了天下第一,本文就是带你用pprof定位内存泄露问题。

关于Go的内存泄露有这么一句话不知道你听过没有:

10次内存泄露,有9次是goroutine泄露。

我所解决的问题,也是goroutine泄露导致的内存泄露,所以这篇文章主要介绍Go程序的goroutine泄露,掌握了如何定位和解决goroutine泄露,就掌握了内存泄露的大部分场景

本文草稿最初数据都是生产坏境数据,为了防止敏感内容泄露,全部替换成了demo数据,demo的数据比生产环境数据简单多了,更适合入门理解,有助于掌握pprof

go pprof基本知识

定位goroutine泄露会使用到pprofpprofGo的性能工具,在开始介绍内存泄露前,先简单介绍下pprof的基本使用,更详细的使用给大家推荐了资料。

什么是pprof

pprofGo的性能分析工具,在程序运行过程中,可以记录程序的运行信息,可以是CPU使用情况、内存使用情况、goroutine运行情况等,当需要性能调优或者定位Bug时候,这些记录的信息是相当重要。

基本使用

使用pprof有多种方式,Go已经现成封装好了1个:net/http/pprof,使用简单的几行命令,就可以开启pprof,记录运行信息,并且提供了Web服务,能够通过浏览器和命令行2种方式获取运行数据。

什么是内存泄露?

内存泄露指的是程序运行过程中已不再使用的内存,没有被释放掉,导致这些内存无法被使用,直到程序结束这些内存才被释放的问题。

Go虽然有GC来回收不再使用的堆内存,减轻了开发人员对内存的管理负担,但这并不意味着Go程序不再有内存泄露问题。在Go程序中,如果没有Go语言的编程思维,也不遵守良好的编程实践,就可能埋下隐患,造成内存泄露问题。

怎么发现内存泄露?

Go中发现内存泄露有2种方法,一个是通用的监控工具,另一个是go pprof

  1. 监控工具:固定周期对进程的内存占用情况进行采样,数据可视化后,根据内存占用走势(持续上升),很容易发现是否发生内存泄露。
  2. go pprof:适合没有监控工具的情况,使用Go提供的pprof工具判断是否发生内存泄露。

2种方式分别介绍一下

监控工具查看进程内在占用情况

如果使用云平台部署Go程序,云平台都提供了内存查看的工具,可以查看OS的内存占用情况和某个进程的内存占用情况,比如阿里云,我们在1个云主机上只部署了1Go服务,所以OS的内存占用情况,基本是也反映了进程内存占用情况,OS内存占用情况如下,可以看到随着时间的推进,内存的占用率在不断的提高,这是内存泄露的最明显现象

Go 实战Go内存泄漏,pprof定位内存泄漏问题_第1张图片

 

如果没有云平台这种内存监控工具,可以制作一个简单的内存记录工具。

1、建立一个脚本prog_mem.sh,获取进程占用的物理内存情况,脚本内容如下:

复制

1
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4
5
#!/bin/bash
prog_name="your_programe_name"
prog_mem=$(pidstat  -r -u -h -C $prog_name |awk 'NR==4{print $12}')
time=$(date "+%Y-%m-%d %H:%M:%S")
echo $time"\tmemory(Byte)\t"$prog_mem >>~/record/prog_mem.log

2、然后使用crontab建立定时任务,每分钟记录1次。使用crontab -e编辑crontab配置,在最后增加1行:

复制

1
*/1 * * * * ~/record/prog_mem.sh

脚本输出的内容保存在prog_mem.log,只要大体浏览一下就可以发现内存的增长情况,判断是否存在内存泄露。如果需要可视化,可以直接黏贴prog_mem.log内容到Excel等表格工具,绘制内存占用图。

Go 实战Go内存泄漏,pprof定位内存泄漏问题_第2张图片

 

 

go pprof发现存在内存问题

有情提醒:如果对pprof不了解,可以先看go pprof基本知识,这是下一节,看完再倒回来看。

如果你Google或者百度,Go程序内存泄露的文章,它总会告诉你使用pprof heap,能够生成漂亮的调用路径图,火焰图等等,然后你根据调用路径就能定位内存泄露问题,我最初也是对此深信不疑,尝试了若干天后,只是发现内存泄露跟某种场景有关,根本找不到内存泄露的根源,如果哪位朋友用heap就能定位内存泄露的线上问题,麻烦介绍下

后来读了Dave《High Performance Go Workshop》,刷新了对heap的认识,内存pprof的简要内容如下:

Dave讲了以下几点:

  1. 内存profiling记录的是堆内存分配的情况,以及调用栈信息,并不是进程完整的内存情况,猜测这也是在go pprof中称为heap而不是memory的原因。
  2. 栈内存的分配是在调用栈结束后会被释放的内存,所以并不在内存profile
  3. 内存profiling是基于抽样的,默认是每1000次堆内存分配,执行1profile记录。
  4. 因为内存profiling是基于抽样和它跟踪的是已分配的内存,而不是使用中的内存,(比如有些内存已经分配,看似使用,但实际以及不使用的内存,比如内存泄露的那部分),所以不能使用内存profiling衡量程序总体的内存使用情况
  5. Dave个人观点:使用内存profiling不能够发现内存泄露

基于目前对heap的认知,我有2个观点:

  1. heap能帮助我们发现内存问题,但不一定能发现内存泄露问题,这个看法与Dave是类似的。heap记录了内存分配的情况,我们能通过heap观察内存的变化,增长与减少,内存主要被哪些代码占用了,程序存在内存问题,这只能说明内存有使用不合理的地方,但并不能说明这是内存泄露。
  2. heap在帮助定位内存泄露原因上贡献的力量微乎其微。如第一条所言,能通过heap找到占用内存多的位置,但这个位置通常不一定是内存泄露,就算是内存泄露,也只是内存泄露的结果,并不是真正导致内存泄露的根源。

接下来,我介绍怎么用heap发现问题,然后再解释为什么heap几乎不能定位内存泄露的根因。

heap“不能”定位内存泄露

heap能显示内存的分配情况,以及哪行代码占用了多少内存,我们能轻易的找到占用内存最多的地方,如果这个地方的数值还在不断怎大,基本可以认定这里就是内存泄露的位置。

曾想按图索骥,从内存泄露的位置,根据调用栈向上查找,总能找到内存泄露的原因,这种方案看起来是不错的,但实施起来却找不到内存泄露的原因,结果是事半功倍。

原因在于一个Go程序,其中有大量的goroutine,这其中的调用关系也许有点复杂,也许内存泄露是在某个三方包里。举个栗子,比如下面这幅图,每个椭圆代表1goroutine,其中的数字为编号,箭头代表调用关系。heap profile显示g111(最下方标红节点)这个协程的代码出现了泄露,任何一个从g101g111的调用路径都可能造成了g111的内存泄露,有2类可能:

  1. goroutine只调用了少数几次,但消耗了大量的内存,说明每个goroutine调用都消耗了不少内存,内存泄露的原因基本就在该协程内部
  2. goroutine的调用次数非常多,虽然每个协程调用过程中消耗的内存不多,但该调用路径上,协程数量巨大,造成消耗大量的内存,并且这些goroutine由于某种原因无法退出,占用的内存不会释放,内存泄露的原因在到g111调用路径上某段代码实现有问题,造成创建了大量的g111

2种情况,就是goroutine泄露,这是通过heap无法发现的,所以heap在定位内存泄露这件事上,发挥的作用不大

goroutine泄露怎么导致内存泄露?

什么是goroutine泄露?

如果你启动了1goroutine,但并没有符合预期的退出,直到程序结束,此goroutine才退出,这种情况就是goroutine泄露。

提前思考:什么会导致goroutine无法退出/阻塞?

goroutine泄露怎么导致内存泄露?

每个goroutine占用2KB内存,泄露1百万goroutine至少泄露2KB * 1000000 = 2GB内存,为什么说至少呢?

goroutine执行过程中还存在一些变量,如果这些变量指向堆内存中的内存,GC会认为这些内存仍在使用,不会对其进行回收,这些内存谁都无法使用,造成了内存泄露。

所以goroutine泄露有2种方式造成内存泄露:

  1. goroutine本身的栈所占用的空间造成内存泄露。
  2. goroutine中的变量所占用的堆内存导致堆内存泄露,这一部分是能通过heap profile体现出来的。

Dave在文章中也提到了,如果不知道何时停止一个goroutine,这个goroutine就是潜在的内存泄露:

怎么确定是goroutine泄露引发的内存泄露

掌握了前面的pprof命令行的基本用法,很快就可以确认是否是goroutine泄露导致内存泄露,如果你不记得了,马上回去看一下go pprof基本知识

判断依据:在节点正常运行的情况下,隔一段时间获取goroutine的数量,如果后面获取的那次,某些goroutine比前一次多,如果多获取几次,是持续增长的,就极有可能是goroutine泄露

定位goroutine泄露的2种方法

使用pprof2种方式,一种是web网页,一种是go tool pprof命令行交互,这两种方法查看goroutine都支持,但有轻微不同,也有各自的优缺点。

总结

文章略长,但全是干货,感谢阅读到这。然读到着了,跟定很想掌握pprof,建议实践一把,现在和大家温习一把本文的主要内容。

goroutine泄露的本质

goroutine泄露的本质是channel阻塞,无法继续向下执行,导致此goroutine关联的内存都无法释放,进一步造成内存泄露。

除了channel阻塞,也有可能是死循环导致goroutine无法退出

goroutine泄露的发现和定位

利用好go pprof获取goroutine profile文件,然后利用3个命令toptraceslist定位内存泄露的原因。

goroutine泄露的场景

泄露的场景不仅限于以下两类,但因channel相关的泄露是最多的。

  1. channel的读或者写:
    1. 无缓冲channel的阻塞通常是写操作因为没有读而阻塞
    2. 有缓冲的channel因为缓冲区满了,写操作阻塞
    3. 期待从channel读数据,结果没有goroutine
  2. select操作,select里也是channel操作,如果所有case上的操作阻塞,goroutine也无法继续执行。

编码goroutine泄露的建议

为避免goroutine泄露造成内存泄露,启动goroutine前要思考清楚:

  1. goroutine如何退出?
  2. 是否会有阻塞造成无法退出?如果有,那么这个路径是否会创建大量的goroutine

原文链接:实战Go内存泄露 | Go语言充电站

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