Go 工具链详解（五）：竞态条件检测神器 Race Detector

并发编程可以提高程序的性能和稳定性，但也带来了一些挑战，如竞态条件。竞态条件是指并发程序中的多个线程同时访问共享资源，导致程序行为不确定的问题。为了避免竞态条件的产生，需要使用同步机制（如互斥锁、条件变量等）来协调线程之间的访问。然而，在复杂的程序中，竞态条件可能难以察觉，因此 Golang 提供了竞态条件检测工具 Race Detector。

Race Detector 的原理

race detector 集成在了 golang 的工具链中，当设置了 -race 标志位时，编译器会使用代码记录所有的内存访问，包括访问内存的时间和方式，而运行时库则监控对共享变量的不同步访问情况。当检测到这种竞态行为时，将会打印警告信息。

因为 race detector 只有在代码运行起来并且竞争条件被触发后才能检测到，所以需要在实际工作负载状态下进行检测，但是开启竞态条件检测会占用10倍的 CPU 和内存，因此在生产环境进行是不太现实的，所以推荐在负载测试或者集成测试阶段进行竞态条件检测（也可以在生产环境中部署多个实例，其中一个实例开启竞态条件检测）。

Race Detector 使用方法

Race Detector 的使用方法也非常简单，因为 race detector 集成在了 golang 的工具链中，编译时如果要开启竞态条件检测，只需在命令行中添加 -race 标志即可。例如：

$ go test -race mypkg    // 测试包
$ go run -race mysrc.go  // 编译并运行
$ go build -race mycmd   // 编译
$ go install -race mypkg // 安装包

看一个具体的示例，代码如下：

package main

import "fmt"

func main() {
    done := make(chan bool)
    m := make(map[string]string)
    m["name"] = "world"
    go func() {
        m["name"] = "data race"
        done <- true
    }()
    fmt.Println("Hello,", m["name"])
    <-done
}

使用如下命令进行竞态条件检测：

$ go run -race racy.go
Hello, world
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c0000940c0 by goroutine 6:
  runtime.mapassign_faststr()
      /usr/local/go1.21/src/runtime/map_faststr.go:203 +0x0
  main.main.func1()
      /Users/路多辛的博客/projects/go/workspace/hello/racy.go:10 +0x4a

Previous read at 0x00c0000940c0 by main goroutine:
  runtime.mapaccess1_faststr()
      /usr/local/go1.21/src/runtime/map_faststr.go:13 +0x0
  main.main()
      /Users/路多辛的博客/projects/go/workspace/hello/racy.go:13 +0x159

Goroutine 6 (running) created at:
  main.main()
      /Users/路多辛的博客/projects/go/workspace/hello/racy.go:9 +0x13c
==================
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c0000ac088 by goroutine 6:
  main.main.func1()
      /Users/路多辛的博客/projects/go/workspace/hello/racy.go:10 +0x56

Previous read at 0x00c0000ac088 by main goroutine:
  main.main()
      /Users/路多辛的博客/projects/go/workspace/hello/racy.go:13 +0x164

Goroutine 6 (running) created at:
  main.main()
      /Users/路多辛的博客/projects/go/workspace/hello/racy.go:9 +0x13c
==================
Found 2 data race(s)
exit status 66

小结

race detector 是一个用于检查并发逻辑正确性的强大工具，不会误报，所以一定要认真解决检测出的问题。代码被执行到的越多也就是代码覆盖率越高，检测效果越好。通过合理使用 race detector，可以提高并发程序的质量和稳定性。