Go语言-defer与异常处理

YakumoZimu2023-11-10 11:53

defer与异常处理

在本篇文章中，介绍关于Go语言中defer的使用以及注意事项，还有如何在Go语言中使用defer去处理异常。defer是Go语言提供的关键字，它的作用是，当你声明了注册了defer语句，那么该语句会在函数返回时被执行。

为什么要使用defer

在C\C++或者其它需要手动管理某些资源（包括但不限于内存、文件描述符等）的语言中，我们可能会存在以下情况，那就是我们开辟了一块新的内存，或者打开了一个新的文件描述符，刚开始我们可能记着要释放，但是写代码写着写着，写到最后我们可能就忘了有这么一回事了，这样就可能导致资源泄露，所以各种语言都提供了一种或者多种机制，用于在代码块结束、函数调用结束、变量生命周期结束的时机释放资源。例如C++提供了RAII用于当前对象声明周期结束后使用析构函数释放资源、Rust提供了生命周期的方式用来保证资源正确释放，而defer就是Go语言提供的用于释放资源的方式。

defer在Go语言中，可以用于释放互斥锁、增加waitGroup的计数、回滚数据库事务以及处理各种函数调用的Epilogue。虽然是手动的，但是功能非常强大。

怎样使用defer

defer的基础使用方式如下：

go 复制代码 
func deferExample1() {
	defer fmt.Println("deferExample1's defer Invoke!")
	fmt.Println("deferExample1 Invoke!")
}

可以看到实现执行了函数内部的其他代码，最后才执行的defer语句，defer关键字之后不仅可以跟一条语句，还可以跟一个函数的调用语句，示例如下：

go 复制代码 
func deferExample2() {
	defer func() {
		fmt.Println("deferExample2's defer function Invoke!")
	}()
	fmt.Println("deferExample2 Invoke!")
}

并且在一个函数中可以使用defer关键字注册多个函数的调用语句，或者普通语句，示例如下：

go 复制代码 
func deferExample3() {
	defer fmt.Println("deferExample3's defer statement 1 execute!")
	defer func() {
		fmt.Println("deferExample3's defer function 2 execute!")
	}()
	defer func() {
		fmt.Println("deferExample3's defer function 3 execute!")
	}()
	defer fmt.Println("deferExample3's defer statement 4 execute!")
	fmt.Println("deferExample3 Invoke!")
}

这里我们可以看到，defer注册语句的执行顺序与注册顺序相反，我们是按照1,2,3,4的顺序注册的，而调用是按照4,3,2,1的顺序调用的。这是因为在Go语言的运行时在函数执行期间维护了一个"链栈"，每次调用defer就会在这个"链栈"中新增一项，而我们知道栈这种数据结构具有FILO（First In Last Out）的特性的，所以最先注册的defer语句会被最后调用，具体的过程如下所示：

这张图清晰的解释了defer的整个工作流程，可以看到defer语句是如何注册，如何执行的。并且还有关键的一点就是，derfer并不是在函数返回完成之后执行的，而是在函数返回期间执行的 ，因为函数的返回并不是一个原子操作，返回期间要做很多事情，比如处理函数栈帧时，就要释放局部变量、给返回值寄存器赋值等等，所以defer语句也是在返回期间完成的。

使用defer的注意事项

在面试的时候关于defer关键字，除了上述的执行流程，一般还会有给你一段代码让你说出代码的执行结果这种问题，所以我们也来看看关于defer使用的细枝末节。

预计算参数

在使用defer时，这是一个比较常见的场景，就是在defer中使用一个当前函数的变量，以一个示例来了解：

go 复制代码 
func deferExample4() {
	i := 5
	defer fmt.Println("deferExample4's defer i = ", i)
	i = 10
	fmt.Println("deferExample4's i = ", i)
}

我们可以看到这里函数内部打印的值为10，defer语句中打印的值为5，因为defer语句具有预计算参数的作用，意思就是我们在注册defer语句的时候，defer语句中的值就已经被计算出来了，所以defer语句中的i在注册时就被赋值了。

这种情况，与我们使用defer进行函数调用时，将函数体内部的变量以参数的方式传递到defer注册的函数中时一致，示例如下：

go 复制代码 
func deferExample5() {
	i := 5
	defer func(i int) {
		fmt.Println("deferExample5's defer i = ", i)
	}(i)
	i = 10
	fmt.Println("deferExample5's i = ", i)
}

但是在使用闭包捕获函数体内的变量到defer注册的函数中时，情况就会发生变化，示例如下：

go 复制代码 
func deferExample6() {
	i := 5
	defer func() {
		fmt.Println("deferExample6's defer i = ", i)
	}()
	i = 10
	fmt.Println("deferExample6's i = ", i)
}

在这里我们得到了相同的输出，这是因为defer函数在注册时将该变量捕获到函数内部了，而defer语句是在函数返回期间执行的，这里defer函数内部的i和函数内部的i指向的是同一个变量地址，所以defer函数会和函数打印同样的值。

不过在这里还有一种特殊情况，那就是当返回值是一个命名返回值时，它又会出现不同的结果，示例如下：

go 复制代码 
func deferExample7() (i int) {
	i = 5
	defer func() {
		fmt.Printf("deferExample7's defer i = %d,addr = %p\n", i, &i)
	}()
	i = 10
	fmt.Printf("\"deferExample7's  i = %d,addr = %p\n", i, &i)
	i = 3
	return i + 2
}

如果根据上面的闭包规则，那么我们预期得到的结果应该是3，因为在最后3被赋予了i，但是由于这是一个命名返回参数，而defer语句又是在返回期间执行的，所以我们得到了5，用下面这张图来解释这个现象：

这样我们就清晰的知道，为什么用闭包捕获一个命名返回值会出现这种不同的作用了，这是由于defer语句是在函数返回期间执行的，而defer语句又在注册的时候闭包捕获了命名返回值i获得了i的地址，所以函数在返回的时候将返回值赋给命名返回值，此时命名返回值i的值就发生了变化，而赋予返回值之后，才开始执行函数调用的清理工作，比如释放栈帧和执行defer语句，所以defer语句中使用的命名返回值是最新的值5。

还有一点就是，我们在使用defer的时候，不能只在defer关键字之后定义一个匿名函数，而不调用它，这样是错误的。

综上所述，我们使用defer时要注意如下几点：

  • defer关键字之后只能跟一条语句，而不能跟一个匿名函数的定义！

  • defer语句是在函数返回过程中执行的，而不是函数返回后执行的。

  • defer语句具有预计算值的功能，当我们没有使用闭包捕获函数内部的变量时，defer语句在注册时就会计算出要使用的值。

  • defer函数闭包捕获函数内部的变量，在defer函数执行时会获取到该变量最新的值，因为defer函数获取了该变量的地址。

  • defer函数闭包捕获命名返回值时，如果函数内部显示指定 了返回值，那么这个返回值会作为命名返回值最新值 ，defer函数在执行时也会使用最新的值。

什么是异常和错误

Go语言中的异常与错误和其他语言中的异常与错误有一定的区别，所以我们主要来了解在Go语言中什么是异常和错误，简单的来说，Go语言中的异常就是程序在运行过程中由panic引发异常，这种异常如果没有恢复则会导致程序崩溃，而Go语言中的错误就是实现了error接口的类型，我们可以在函数的返回值中返回一个实现了error接口的值，用于告诉函数的调用者，当前函数是否正常执行，如果没有正常执行，那么错误信息是什么。

怎样处理异常和错误

在Go语言中，处理异常和错误我们一般使用以下的两种方式。

对于错误（error），我们一般是这样处理的：

咳咳，正经的说，因为Go语言中的error是一个接口，所以返回的错误总是一个值，我们可以通过对这个值进行判断来了解当前发生了什么错误，并且知道该如何处理该错误。例如：

go 复制代码 
if err == ErrSomething { ... }

在这里，如果当前发生的错误是ErrorSomething我们就执行对该错误的处理，如果是其他错误，也是一样的。但是我们最常用的，还是上面这张图中的代码（每个Gopher都需要这样一个键盘！），因为我们一般不会在当前函数中处理当前函数发生的错误，一般是将错误传播回去，由上层来决定如何处理。

而对于异常，也就是由panic引发的，异常一般会导致程序崩溃，这代表发生了非常严重的错误，如果在开发环境中我们一般不会去处理该错误，而是借助该错误来Debug，如果是线上的运行环境，我们担心发生了panic，那我们一般会使用recover函数来捕获这个panic然后将其当做一个错误传递出去，具体的示例如下：

go 复制代码 
package main
import "fmt"
func mayPanic(){
    panic("a problem")
}

func main(){
    defer func(){
        if err:=recover();err!=nil{
            fmt.Println(err)
        }
    }()
    mayPanic()
}

在这段代码中，我们使用了recover来捕获发生的panic然后将其打印出来。在实际的环境中，我们也可以使用这样的方式，来防止程序崩溃。

在Go语言中对于异常和错误的处理，一般情况就是以上的两种方式。

处理异常和错误的注意事项

除了以上的方式，还有一些特殊的情况需要了解，接下来我们来看一个特殊的例子，那就是在defer执行的函数中发生了panic会怎么样呢？示例如下：

go 复制代码 
func mayPanic() {
	defer func() {
		fmt.Println("may Panic 1")
	}()
	defer func() {
		panic("I'll panic!")
	}()
	defer func() {
		fmt.Println("may Panic 2")
	}()
	fmt.Println("mayPanic Invoke")
}

func main() {
	defer func() {
		fmt.Println("main function defer invoke")
	}()
	mayPanic()
	fmt.Println("main function invoke!")
}

对于这段代码，运行的结果如下：

我们再来看一个例子，对比着看：

go 复制代码 
func mayPanic() {
	defer func() {
		fmt.Println("may Panic 1")
	}()
	defer func() {
		panic("I'll panic!")
	}()
	defer func() {
		fmt.Println("may Panic 2")
	}()
	panic("It's problem")
    defer func(){
        fmt.Println("may Panic 3")
    }()
}

func main() {
	defer func() {
		fmt.Println("main function defer invoke")
	}()
	mayPanic()
	fmt.Println("main function invoke!")
}

这个例子的输出如下：

从以上的两个例子中，我们可以简单的得出一个结论，当一个函数内部发生了panic，如果在发生panic之前，函数内部注册了defer语句，那么panic会被推迟到所有defer语句执行完毕。如果注册了多个defer语句，这多个defer语句中有一个或者多个发生了panic，都不会影响剩下的defer语句执行，只是会将panic的信息记录下来，直到所有defer语句执行完毕，再和函数内部发生的panic一起返回到上层函数，如果上层函数没有捕获，那么该panic就会导致程序崩溃。

至于为什么会发生这种情况，那当然是因为，我们要在defer语句中捕获panic，而编译器不知道哪个defer语句才会捕获，就只能全部执行。如果当前函数中没有注册defer语句，那么该函数就会直接将panic传播到上层。

而对于defer语句中发生的panic，如果需要捕获，那就在defer语句中套娃，示例如下：

go 复制代码 
func mayPanic() {
	defer func() {
		fmt.Println("may Panic 1")
	}()
	defer func() {
        defer func(){
            if err:=recover();err!=nil{
                fmt.Println(err)
            }
        }()
        panic("I'll panic!")
	}()
	defer func() {
		fmt.Println("may Panic 2")
	}()
	panic("It's problem")
    defer func(){
        fmt.Println("may Panic 3")
    }()
}

关于panic的内容暂且就这么多，接下来看看关于error的内容，这一部分我们主要了解，除了：

go 复制代码 
if err!=nil{
    return nil,err
}

之外的处理方式，比如自定义错误，前面我们说了，在Go语言中，只要一个类型实现了error接口，那么该类型就可以当做一个错误使用，比如：

go 复制代码 
type MyError struct{
    name string
    age int
}

func (m *MyError) Error() string {
	return m.name + string(m.age)
}

这样我们就自定义了一个错误， 当我们需要使用的时候，就可以将这个类型，当做一个错误来进行处理。

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