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如何理解Golang的 “must not be copied after first use”（源码解析）

2020-06-09 18:40:21 admin 1264

## 前言

阅读Golang sync包时，总会看到一句话“must not be copied after first
use”，对此感到很好奇，查阅过程中发现这篇文章总结得挺到位的，因此转载，记录一下，因为我只是对于原理上面好奇，因此没有全文翻译过来，只挑选了一些自己感兴趣的地方用自己的话总结了一下，感兴趣的可以看看原文章：  
[What does “nocopy after first use” mean in golang and
how](https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fmedium.com%2F%40bronzesword%2Fwhat-
does-nocopy-after-first-use-mean-in-golang-and-how-12396c31de47)

## 正文

> must not be copied after first use

初次使用后不能复制，sync包大多跟并发控制相关，出于安全考虑（避免指针的复制使得指针污染不安全，误操作而使程序崩溃）不能复制可以理解，但Golang是怎么样办到的呢，接下来就从源码层面看看

### 1\. 运行时检测，实例地址值传递

这个是在初次时候后记录变量地址，二次使用时比对变量地址，如果不同的话说明被复制了。  
首先，我们先来看一个比较明显的例子`strings.Builder`

type Builder struct {
        addr *Builder     // 关键所在，专门用来记录Builder实例的地址
        buf []byte
    }
    func (b *Builder) copyCheck() {
        if b.addr == nil {
            // 初始化，记录b实例的地址
            b.addr = (*Builder)(noescape(unsafe.Pointer(b)))
        } else if b.addr != b {
            panic("strings: illegal use of non-zero Builder copied by value")
        }
    }
    func (b *Builder) Write(p []byte) (int, error) {
        b.copyCheck()
        ...
    }
        
    // test case
    var a strings.Builder
    a.Write([]byte("testa"))
    var b = a
    b.Write([]byte("testb"))   // 这里是复制后使用，所以会诱发panic

很明显，`strings.Builder`通过一个指针来存储实例化后的实例地址，由于这个值是由内部赋值的，所以初次使用时为
`nil`，此时会存储地址，下次使用的时候会进行比对，不一致，说明被复制过了

接下来，我们回到sync包，来看看`sync.Cond`怎么处理

type Cond struct {
        noCopy  noCopy
        L       Locker
        notify  notifyList
        checker copyChecker
    }
    type copyChecker uintptr
    func (c *copyChecker) check() {
        if uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) &&
           !atomic.CompareAndSwapUintptr((*uintptr)(c), 0, uintptr(unsafe.Pointer(c))) &&
           uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) {
               panic("sync.Cond is copied")
        }
    }
    func (c *Cond) Wait() {
        c.checker.check()
        ...
    }

这里跟`strings.Builder`有点不一样，因为`sync.Cond`通过一个结构体`copyChecker`来进行判断处理，咱们来看看关键代码`check()`

if uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) &&
           !atomic.CompareAndSwapUintptr((*uintptr)(c), 0, uintptr(unsafe.Pointer(c))) &&
           uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) {
               panic("sync.Cond is copied")
        }

我们假设一下创建了一个cond，`cond := sync.NewCond(new(sync.Mutex))`，此时假设内存如 "cond内存示例假设图"
第一部分所示。接下来再调用`cond.Wait()`后会触发`check()`里面的

! atomic.CompareAndSwapUintptr((*uintptr)(c), 0, uintptr(unsafe.Pointer(c)))

由于此时checker值为0，因此会把checker的地址存储进去，那么此时cond.checker的值为cond.checker的地址（假设是0x04）

接下来当复制该变量`condB :=
cond`时，整块空间会被复制到一个新内存（假设此时checker地址为0x0A），这个时候如果再次调用`cond.Wait()`，那么一比对就会发现cond被复制了，于是乎就起到了复制检测的功能

cond内存示例假设图

### 2\. 静态代码检测，通过go vet

`-copylocks`是go
vet的一个flag，用来开启是否有不允许拷贝但被拷贝的代码检测，只需要定义一个结构体noCopy，然后嵌入到你不允许拷贝的结构体。如果你希望自己定义的一个结构体使用者无法拷贝，只能指针传递保证全局唯一的话，也可以使用这个方法处理

// noCopy may be embedded into structs which must not be copied
    // after the first use.
    type noCopy struct{}
    
    // Lock is a no-op used by -copylocks checker from `go vet`.
    func (*noCopy) Lock() {}
    func (*noCopy) UnLock() {}

实例代码：

// file: test.go
    package main
        
    type noCopy struct{}
        
    func (*noCopy) Lock()   {}
    func (*noCopy) Unlock() {}
        
    // sync.Pool
    type Pool struct {
        noCopy noCopy
        val    int
    }
        
    func main() {
        poolA := Pool{}
        poolB := poolA
        poolB.val = 1024
    }

然后通过命令`go vet -copylocks ./test.go`就可以检测到错误

$ go vet -copylocks ./test.go
    # command-line-arguments
    .\test.go:16:11: assignment copies lock value to poolB: command-line-arguments.Pool contains command-line-arguments.noCopy

回到sync包，我们也能看到一样的身影

type Cond struct {
        noCopy noCopy
        
        // L is held while observing or changing the condition
        L Locker
      
        notify  notifyList
        checker copyChecker
    }
    
    type Pool struct {
        noCopy noCopy
     
        local     unsafe.Pointer // local fixed-size per-P pool, actual type is [P]poolLocal
        localSize uintptr        // size of the local array
     
        victim     unsafe.Pointer // local from previous cycle
        victimSize uintptr        // size of victims array
     
        // New optionally specifies a function to generate
        // a value when Get would otherwise return nil.
        // It may not be changed concurrently with calls to Get.
        New func() interface{}
    }
     
    ...

转载文章，原文链接：如何理解Golang的 “must not be copied after first use”（源码解析）

关键字词golang 源码

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zhou 3年前

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