golang中的panic，recover执行过程?
上篇文章 golang中defer的执行过程是怎样的？ 介绍了一下defer的执行过程，本篇是上一篇的引申，主要介绍panic、recover的底层分析，如果没有读过上一篇文章，可以先去读一下在看这篇。 总共分3部分讲解：
1 panic
2 defer panic
3 defer panic recover
环境：go version go1.12.5 linux/amd64
1 panic
golang中的异常总共分为4中：
- 编译器捕获的
- 直接手动panic
- golang捕获的
- 系统捕获的
编译器捕获的
1/0 我们知道被除数是不能等于0的，所以这种错误是编译不过去的，会提示： ./main.go:7:8: division by zero
直接手动panic
示例代码：
package main
func main() {
panic("panic error！！")
}
复制代码
编译成汇编代码看panic函数会指向底层哪个函数： go tool compile -S main.go > main.s
0x0034 00052 (main.go:4) CALL runtime.gopanic(SB) 复制代码
查看 gopanic(SB) 实现，先粗略看一下代码的含义一些解释在代码中已经注解：
func gopanic(e interface{}) {
gp := getg() //获取当前的g
....省略不重要的
var p _panic //_panic原型
p.arg = e //将panic参数存入arg参数
p.link = gp._panic //将p.link绑定到当前的g的_panic上。
gp._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p))) //将p绑定到g的链表头。
atomic.Xadd(&runningPanicDefers, 1)
for {
d := gp._defer
if d == nil {
break
}
if d.started {
if d._panic != nil {
d._panic.aborted = true
}
d._panic = nil
d.fn = nil
gp._defer = d.link
freedefer(d)
continue
}
d.started = true
d._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p)))//将p绑定到g的链表头。
p.argp = unsafe.Pointer(getargp(0))
reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz)) //调用g上的defer(源程序中如果没有defer函数，编译器会生成一个并绑定到g._defer上)
p.argp = nil
if gp._defer != d {
throw("bad defer entry in panic")
}
//脱链
d._panic = nil
d.fn = nil
gp._defer = d.link
pc := d.pc
sp := unsafe.Pointer(d.sp) // must be pointer so it gets adjusted during stack copy
freedefer(d)
if p.recovered { //先忽略讲到recover时候在说
.....
}
}
preprintpanics(gp._panic)
//循环打印panic
fatalpanic(gp._panic) // should not return
*(*int)(nil) = 0 // not reached
}
复制代码
我们发现panic的原型是_panic,去看一下定义：
type _panic struct {
argp unsafe.Pointer // pointer to arguments of deferred call run during panic; cannot move - known to liblink
arg interface{} // argument to panic
link *_panic // link to earlier panic
recovered bool // whether this panic is over
aborted bool // the panic was aborted
}
复制代码
发现是个结构体类型，里面的类型我们在调试代码的时候在去探究具体的含义。 接下来我们就用gdb跟踪一下上面的源码示例。
go build -o main gdb main
进入gdb界面并断点到panic函数行见下图：
按s进入到gopanic(interface)中。 发现这条语句：
gp._panic = (*_panic)(noescape(unsafe.Pointer(&p))) 复制代码
原来当前的gp定义（由于不是讲goroutine 这里就不贴gp的原型了）中有_panc字段作为链表头,而_panic结构体中有link字段。不难看出和defer同理：从goroutine._panic作为头，然后用_painc.link作为链接组成了一个链表的数据结构。之所以是链表是因为recover到panic时候，recover中也有可能有panic，例如见下方代码：
if err := recover(); err != nil {
panic("go on panic xitehip")
}
复制代码
deferd函数也会继续有panic。下方讲到recover时候详细讲解。 执行上面的语句此时的链表示意结构见下方： gp._panic => p.link => gp._panic(之前的链表头) 继续往下走：
运行到reflectcall()函数，发现这个函数总共有5个参数：
func reflectcall(argtype *_type, fn, arg unsafe.Pointer, argsize uint32, retoffset uint32) 复制代码
从第二个参数可知这个是函数指针，猜测这个reflectcall是调用我们实参 unsafe.Point(d.fn) 的。根据源码中的定义 d := gp._defer 可知变量d就是上文我们说的g._defer。那马上有疑问了，这个例子里根本没有用到defer关键字，就不会调用deferproc(SB)生成defer。那只有一种可能就是编译器帮我们做了生成了一个defer函数然后绑定到了g._defer的链表头上。 继续看reflectcall函数见下图x：
用disass命令查看一下汇编代码，绿线处的是即将调用的reflectcall函数。红线处是它的下一条指令，记住它的地址
0x0000000000423025
，我们去看一下reflectcall函数执行完的返回值是如何指向到红线处的指令的。 见下方汇编代码：
//runtime/asm_amd64.s
TEXT ·reflectcall(SB), NOSPLIT, $0-32
MOVLQZX argsize+24(FP), CX
DISPATCH(runtime·call32, 32)
DISPATCH(runtime·call64, 64)
.....
MOVQ $runtime·badreflectcall(SB), AX
JMP AX
复制代码
//runtime/asm_amd64.s
#define DISPATCH(NAME,MAXSIZE) \
CMPQ CX, $MAXSIZE; \
JA 3(PC); \
MOVQ $NAME(SB), AX; \
JMP AX
复制代码
//runtime/asm_amd64.s
#define CALLFN(NAME,MAXSIZE) \
TEXT NAME(SB), WRAPPER, $MAXSIZE-32; \
NO_LOCAL_POINTERS; \
/* copy arguments to stack */ \
MOVQ argptr+16(FP), SI; \
MOVLQZX argsize+24(FP), CX; \
MOVQ SP, DI; \
REP;MOVSB; \
/* call function */ \
MOVQ f+8(FP), DX; \
PCDATA $PCDATA_StackMapIndex, $0; \
CALL (DX); \
/* copy return values back */ \
MOVQ argtype+0(FP), DX; \
MOVQ argptr+16(FP), DI; \
MOVLQZX argsize+24(FP), CX; \
MOVLQZX retoffset+28(FP), BX; \
MOVQ SP, SI; \
ADDQ BX, DI; \
ADDQ BX, SI; \
SUBQ BX, CX; \
CALL callRet(SB); \
RET
复制代码
是不是很乱，这些是啥？？看不懂。用gdb跟踪一下到： 运行到下图：
disass一下看一下CALLFN(. call32, 32)所指向的指令:
绿框处所对应的的就是源文件中的代码：
TEXT callRet(SB), NOSPLIT, $32-0 复制代码
那红框ret处就是reflectcall的返回。打到断点到ret处。 执行到这里见下图：
ret的作用是pop 栈顶到rip，我们看一下rsp中的内容是啥?
0x423025
所指向的内容：
图y和上面的图x的地址一样的，就是reflectcall指令的下条指令。再看一下源文件下行代码是啥？
p.argp = nil 翻译成汇编代码就是图y中的
mov QWROD PTR [rsp+0x58],0x0
，就是变量赋值会把值存入栈中而不是寄存器中。
执行完d.fn，将d脱链：
d._panic = nil d.fn = nil gp._defer = d.link 复制代码
运行到：
func fatalpanic(msgs *_panic) 复制代码
进行打印输出，看一下实现：
func fatalpanic(msgs *_panic) {
pc := getcallerpc()
sp := getcallersp()
gp := getg()
var docrash bool
systemstack(func() {
if startpanic_m() && msgs != nil {
atomic.Xadd(&runningPanicDefers, -1)
printpanics(msgs)
}
docrash = dopanic_m(gp, pc, sp)
})
if docrash {
crash()
}
systemstack(func() {
exit(2)
})
*(*int)(nil) = 0 // not reached
}
复制代码
重点看如下函数：
printpanics(msgs) 复制代码
实现：
func printpanics(p *_panic) {
if p.link != nil {
printpanics(p.link)
print("\t")
}
print("panic: ")
printany(p.arg)
if p.recovered {
print(" [recovered]")
}
print("\n")
}
复制代码
发现这个是个递归调用，从g._panic链表头开始直到链表结束然后打印出panic信息。
golang捕获的
例如slice越界，见下方代码：
package main
import "fmt"
func main() {
arr := []int{1, 2}
arr[2] = 3
fmt.Println(arr)
}
复制代码
会panic： panic: runtime error: index out of range 编译成汇编代码：go tool compile -S main.go > main.s
0x003c 00060 (main.go:7) CALL runtime.panicindex(SB) 复制代码
可知调用了panicindex(SB) 去看一下它的实现：
func panicindex() {
if hasPrefix(funcname(findfunc(getcallerpc())), "runtime.") {
throw(string(indexError.(errorString)))
}
panicCheckMalloc(indexError)
panic(indexError)
}
复制代码
发现最终还是会调用panic(interface{})这个函数，然后就是上面所说的手动panic的执行流程，在这里不在重复赘述。
系统捕获的
比如对只读内存区赋值操作会引起panic
package main
import "fmt"
func main() {
var pi *int
*pi = 100
fmt.Printf("%v", *pi)
}
复制代码
会报如下错误： panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference [signal SIGSEGV: segmentation violation code=0x1 addr=0x0 pc=0x488a53] goroutine 1 [running]: main.main() /server/gotest/src/hello/defer/main.go:7 +0x3a
编译成汇编代码没有发现gopanic入口。因为最终输出panic栈的信息，所以肯定调用了gopanic，给gopanic()打上断点直接运行到这里见下图：
确实拦截到了gopanic，看一下它的调用链： main.main => runtime.sigpanic() => runtime.panicmem() => gopanic()。 那为什么汇编中没有sigpanic()入口还能调用这个函数呢？ 看一下
*pi = 100
生成的汇编代码：
划红线处： test BYTE PTR [ax], al 由于ax=0x0所以 BYTE PTR [ax] 是获取不到0x0的内存的。这样cpu执行这条语句的时候会进入内核态保存 0x488b1a 到寄存器，内核态发送消息给go进程，go处理函数将 0x488b1a 所指向的内容换成go启动时事先注册号的函数作为指令入口，回到内核态执行 0x488b1a -> 注册函数 的指令。具体的调用链在这里就不深究了重点还是panic，recover。
2 defer panic
2.1示例：
package main
import "fmt"
func main() {
defer fmt.Println("d1")
defer fmt.Println("d2")
panic("panic error")
}
复制代码
输出： d2 d1 panic error 如下核心代码：
//runtime/panic.go
func gopanic(e interface{}) {
for {
...//获取goroutine表头deferd
//执行表头的deferd
reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz))
...//将表头的deferd拖链，将下一个deferd绑定到表头
}
...
fatalpanic(gp._panic) // 运行递归调用gp._panic链表上的panic
...
}
复制代码
从上面代码可知，gopanic先遍历deferd链在遍历panic链，所以panic error最后输出。
2.2示例：
输出： d2 d1 panic: panic error panic: panic error2 根据示例2.1 函数gopanic()可知函数的调用链见下面调用关系：
第14行panic -> gopanic() -> reflectcall -> 第12行defer -> reflectcall -> 第8行defer -> 第9行panic -> gopanic -> reflectcall -> 继续执行deferd链上的也就是第6行defer -> fatalpanic(里面子函数printpanics()递归调用g._panic链)。
3 defer panic recover
下面介绍的是recover的执行过程，先看下方示例代码：
package main
import "fmt"
func main() {
re()
fmt.Println("After recovery!")
}
func re() {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println("err:", err)
}
}()
panic("panic error1")
}
复制代码
输出： err: panic error1 After recovery!
recover()的作用是捕获异常之后让程序正常往下执行而不会退出。这个例子里re()函数里有了异常，并且被捕获然后执行了re()下面的代码输出’After recovery’。
那为什么执行完recover()之后会跳转到输出行执行呢？
从汇编角度考虑：执行完re()之后要想保证继续往下执行，首先要把下一行的入口地址存起来，然后recover()之后再去取回来，放到rip指令寄存器中这样才可以向下执行。
在re()里除了deferd函数还有有panic()这行，那很明显它的内部实现里会有相关实现，继续分析recover的实现和panic内部的相关实现。
汇编查看recover()： go tool compile -S main.go 发现gorecover(SB),猜测是recover()的实现:
0x002a 00042 (main.go:13) CALL runtime.gorecover(SB) 复制代码
在recover()行打断点,发现确实执行了gorecover(SB)函数，实现如下：
func gorecover(argp uintptr) interface{} {
gp := getg()
p := gp._panic
if p != nil && !p.recovered && argp == uintptr(p.argp) {
p.recovered = true
return p.arg
}
return nil
}
复制代码
从以上代码可知gorecover(uintptr)只是把当前goroutine的_panic.recovered 设置为true，然后返回之前panic函数设置的参数(err)给调用方。其实就是将当前的g._panic设置个标致，告诉以后的程序说我已经被捕获到了。
这个有recover()的deferd函数执行完之后会返回到上面提到的gopanic(interface{})函数中的 reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz)) 下一行继续往下执行。 见下方代码：
func gopanic(e interfac{}) {
.......
reflectcall(nil, unsafe.Pointer(d.fn), deferArgs(d), uint32(d.siz), uint32(d.siz))
//往下看：
p.argp = nil
if gp._defer != d {
throw("bad defer entry in panic")
}
//执行完defered函数之后脱链
d._panic = nil
d.fn = nil
gp._defer = d.link
pc := d.pc //deferproc()函数中存入的放回值地址
sp := unsafe.Pointer(d.sp) //
freedefer(d)
if p.recovered {//执行了gorecover()函数之后p.recovered == true
atomic.Xadd(&runningPanicDefers, -1)
gp._panic = p.link
for gp._panic != nil && gp._panic.aborted {
gp._panic = gp._panic.link
}
if gp._panic == nil { // must be done with signal
gp.sig = 0
}
gp.sigcode0 = uintptr(sp)
gp.sigcode1 = pc //pc恢复栈作用。
mcall(recovery)
throw("recovery failed") // mcall should not return
}
......
}
复制代码
看一下这行代码：
pc := d.pc 复制代码
pc是什么呢？它是上篇 文章 中提到的deferproc()函数中存入的，见下方代码：
func deferproc(siz int32, fn *funcval) { // arguments of fn follow fn
...
callerpc := getcallerpc()
d := newdefer(siz)
if d._panic != nil {
throw("deferproc: d.panic != nil after newdefer")
}
d.fn = fn
d.pc = callerpc
....
复制代码
我们在下方截图的第12行打一断点来看一下pc中到底是啥。看一下绿框中的指令：
defer关键字会翻译成call runtime.deferproc那它下方绿框中的是runtime.deferproc后面的指令是编译器生成的（也可以这么理解，defer关键字会让编译器生成deferproc函数指令及后面一堆指令）第一行：
test eax, eax 的地址是
0x4872d5
稍后会再次说到这个指令及地址。
继续断点执行到 d.pc = callerpc 之后，我们看一下 d.pc 到底是什么值，见下图：
0x4872d5 这不是刚刚说的上图绿框处
test eax, eax
的指令地址吗。带着疑问继续往下看。
从上面gorecover(uintptr)函数代码可知 p.recoverd == true 所以gopanic()中会执行到 if p.recovered { 里，我们着重看两行代码：
gp.sigcode1 = pc 复制代码
将pc就是deferproc()函数的返回值赋值给gp.sigcode1，为返回到正常流程做准备。
mcall(recovery) 复制代码
其中的mcall先不看,先看recovery函数作用,见下方实现：
func recovery(gp *g) {
// Info about defer passed in G struct.
sp := gp.sigcode0
pc := gp.sigcode1
// d's arguments need to be in the stack.
if sp != 0 && (sp < gp.stack.lo || gp.stack.hi < sp) {
print("recover: ", hex(sp), " not in [", hex(gp.stack.lo), ", ", hex(gp.stack.hi), "]\n")
throw("bad recovery")
}
// Make the deferproc for this d return again,
// this time returning 1. The calling function will
// jump to the standard return epilogue.
gp.sched.sp = sp
gp.sched.pc = pc
gp.sched.lr = 0
gp.sched.ret = 1
gogo(&gp.sched)
}
复制代码
recovery(*g) 主要是gp.sched赋值。其中pc是当前deferproc函数的返回地址。我们再看一下gogo(&gp.sched)函数实现，因为gogo函数是用汇编实现的所以用gdb跟踪是最方便的见下方代码：
TEXT runtime·gogo(SB), NOSPLIT, $16-8
MOVQ buf+0(FP), BX // gobuf
MOVQ gobuf_g(BX), DX
MOVQ 0(DX), CX // make sure g != nil
get_tls(CX)
MOVQ DX, g(CX)
MOVQ gobuf_sp(BX), SP // restore SP
MOVQ gobuf_ret(BX), AX
MOVQ gobuf_ctxt(BX), DX
MOVQ gobuf_bp(BX), BP
MOVQ $0, gobuf_sp(BX) // clear to help garbage collector
MOVQ $0, gobuf_ret(BX)
MOVQ $0, gobuf_ctxt(BX)
MOVQ $0, gobuf_bp(BX)
MOVQ gobuf_pc(BX), BX
JMP BX
复制代码
着重看2行代码:
MOVQ gobuf_ret(BX), AX 复制代码
AX从某个值变成了1，这个指令的偏移数量是gobuf_ret,其中的ret不就是返回的意思吗，见下图。
再看最后一条指令：
JMP BX 复制代码
看一下BX到底是啥：
绿框处就是BX的值，也就是要jmp到这个地址处执行，这个地址眼熟吗，不就是刚提到的
0x4872d5 吗，对应的指令是
test eax,eax
。再重看一下这个图：
其中绿框第一行就是要跳转的地址。刚才说了AX已经变成了1。那下方的两行指令
test eax, eax jne 0x4872f9 复制代码
的意思是如果eax不等于0就跳转到这个地址否则就去执行绿框处第三行的正常流程。因为eax已经不等0了，所以就会跳转到 0x4872f9 这个地址处，跟踪一下这个地址指向的是哪里，见下图:
原来它调用了
runtime.deferreturn()
函数,见下图。
执行到这里。
sp := getcallersp() sp是调用者的sp。就是即将调用 defer func() { 时的sp。 d.sp 是调用链上第二个defer，因为第一个deferd已经脱链。 显然这两个不相等，所以return了，具体return底层到底是如何将re()的返回地址返回的就不在跟踪了。然后执行到了下放的入口地址处：
fmt.Println("After recovery!")
复制代码
整个流程，参看下图代码然后解释：
call re() => 将re()返回值压栈到栈顶 => 执行12行defer函数 => 执行deferproc():将deferproc返回值存入pc，调用者(re())栈顶存入到sp,将defered函数加入到链表头，返回0（return0函数作用是将ax设为0） => 返回到下方代码test eax eax处 => 由于ax=0继续运行到17行的panic() => gopanic() => 调用reflectcall():执行deferd函数 => 执行recovery():将recoverd标志位设为1 => mcall(recovery) => gogo():ax设为1，跳转到pc处 => 再一次跳转到test eax, eax :由于ax=1 => 跳转到deferreturn()函数:callersp !=d.sp，这里的d.sp中的d其实已经是是g上面默认带的_defer了，所以不等 => return 获取re()的返回地址pop到rip处 => cpu执行其返回值 => 输出'After recovery'
... //defer函数 =>deferproc 0x00000000004872d0 : call 0x426c00 0x00000000004872d5 : test eax,eax 0x00000000004872d7 : jne 0x4872f9 0x00000000004872d9 : jmp 0x4872db 0x00000000004872db : lea rax,[rip+0x111be] # 0x4984a0 0x00000000004872e2 : mov QWORD PTR [rsp],rax 0x00000000004872e6 : lea rax,[rip+0x48643] 0x00000000004872ed : mov QWORD PTR [rsp+0x8],rax //panic() => gopanic 0x00000000004872f2 : call 0x427880 ... 复制代码
recover()的核心其实就是defer函数生成的汇编指令：判断跳转区分正常流程还是获取返回值流程。见上方汇编代码。 机器指令是从上往下执行，正常流程是执行完deferproc之后再执行panic()生成的gopanic()。获取返回值流程必然需要跳转到某处获取，而golang的设计者放到了deferreturn()函数中所以最终要跳到这里来。
留个疑问下方代码如何输出，为什么？
package main
import "fmt"
func main() {
re()
fmt.Println("After recovery!")
}
func re() {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println("Recover again:", err)
}
}()
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
switch v := err.(type) {
case string:
panic(string(v))
}
}
}()
panic("start panic")
}
复制代码
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