- defer原理 秀才 2025年3月29日 大约 10 分钟 Go语言 golang go原理深入 defer原理 此页内容 1. defer是什么 2. defer的使用形式 3. defer的底层结构 4. defer的执行过程 4.1 _defer内存分配 4.2 defer函数执行 1. defer是什么 defer是go语言的一个关键字，用来修饰函数，其作用是让defer后面跟的函数或者方法调用能够延迟到当前所在函数return或者panic的时候再执行。 2. defer的使用形式
defer func(args)
defer在使用的时候，只需要在其后面加上具体的函数调用即可，这样就会注册一个延迟执行的函数func，并且会把函数名和参数都确定，等到从当前函数退出的时候在执行 3. defer的底层结构 进行defer 函数调用的时候其实会生成一个_defer结构，一个函数中可能有多次defer调用，所以会生成多个这样的_defer结构，这些_defer结构链式存储构成一个_defer链表，当前goroutine的_defer指向这个链表的头节点， _defer 的结构定义在src/src/runtime/runtime2.go中，源码如下：
type _defer struct {
started bool // 标志位，标识defer函数是否已经开始执行,默认为false
heap bool // 标记位，标志当前defer结构是否是分配在堆上
openDefer bool // 标记位，标识当前defer是否以开放编码的方式实现
sp uintptr // 调用方的sp寄存器指针，即栈指针
pc uintptr // 调用方的程序计数器指针
fn func() // defer注册的延迟执行的函数
_panic *_panic // 标识是否panic时触发，非panic触发时，为nil
link *_defer // defer链表
fd unsafe.Pointer // defer调用的相关参数
varp uintptr // value of varp for the stack frame
framepc uintptr
}
底层存储如下图：
defer函数在注册的时候，创建的_defer结构会依次插入到_defer链表的表头，在当前函数return的时候，依次从_defer链表的表头取出_defer结构执行里面的fn函数 4. defer的执行过程 在探究defer的执行过程之前，先简单看一下go语言程序的编译过程，go语言程序由.go文件编译成最终的二进制机器码主要有以下结果步骤
defer关键字的处理在生成SSA中间代码阶段，编译器遇到 defer 语句的时候，会插入两种函数： defer内存分配函数： deferproc (堆分配) 或 deferprocStack (栈分配) 执行函数： deferreturn 下面分别看一下这两种函数的执行过程 defer的处理逻辑在cmd/compile/internal/ssagen/ssa.go文件中的state.stmt()方法中，由于源码过长，这里只贴部分重要代码：
case ir.ODEFER: // 如果节点时defer节点
n := n.(*ir.GoDeferStmt)
if base.Debug.Defer > 0 {
var defertype string
if s.hasOpenDefers {
defertype = "open-coded" // 开放编码
} else if n.Esc() == ir.EscNever {
defertype = "stack-allocated" // 栈分配
} else {
defertype = "heap-allocated" // 堆分配
}
base.WarnfAt(n.Pos(), "%s defer", defertype)
}
if s.hasOpenDefers { // 如果可以开放编码，即内联实现
s.openDeferRecord(n.Call.(*ir.CallExpr)) // 就使用开放编码这种方式
} else {
d := callDefer // 否则先默认使用堆分配的模式
if n.Esc() == ir.EscNever { // 没有内存逃逸，使用栈分配的方式实现
d = callDeferStack
}
s.callResult(n.Call.(*ir.CallExpr), d)
}
从上述代码可以看出，defer的是现有三种实现方式，在栈上分配内存，在堆上分配内存以及使用开放编码的方式。会优先使用内联方式，当内联不满足，且没有发生内存逃逸的情况下，使用栈分配的方式，这两种情况都不符合的情况下在使用堆分配，这样做的好处是提升性能。 4.1 _defer内存分配 在上面的分析中我们可以看出在不同的情况下，_defer结构分配在不同的地方，可能分配在堆上也可能分配在栈上，这两种分配方式调用的函数是不同的，堆上分配实际调用的是 runtime.deferproc 函数，栈上分配内存调用的是 runtime.deferprocStack 函数，下面分别来看看这两个函数都做了些什么工作？ 4.1.1 堆上分配 先看deferproc 函数，在堆上分配内存，go 1.13 之前只有这个函数，说明go 1.13 之前，_defer只能在堆上分配。 src/runtime/panic.go
func deferproc(fn func()) {
gp := getg() // 获取goroutine，defer在哪个goroutine中执行
if gp.m.curg != gp {
// go code on the system stack can't defer
throw("defer on system stack")
}
d := newdefer() // 在堆中新建一个_defer对象
if d._panic != nil {
throw("deferproc: d.panic != nil after newdefer")
}
d.link = gp._defer // 将这个新建的defer对象加入到goroutine的defer链表头部
gp._defer = d
d.fn = fn
d.pc = getcallerpc()
d.sp = getcallersp()
return0()
}
重点看一下newdefer()这个函数
func newdefer() *_defer {
var d *_defer
mp := acquirem()
pp := mp.p.ptr() // 获取逻辑处理器p
// p的本地defer缓存池为空且全局defer缓存池不为空，从全局defer缓存池取出一个defer结构加入到p的本地defer缓存池
if len(pp.deferpool) == 0 && sched.deferpool != nil {
lock(&sched.deferlock)
for len(pp.deferpool) < cap(pp.deferpool)/2 && sched.deferpool != nil {
d := sched.deferpool
sched.deferpool = d.link
d.link = nil
pp.deferpool = append(pp.deferpool, d)
}
unlock(&sched.deferlock)
}
// p的本地defer缓存池取出一个defer结构
if n := len(pp.deferpool); n > 0 {
d = pp.deferpool[n-1]
pp.deferpool[n-1] = nil
pp.deferpool = pp.deferpool[:n-1]
}
releasem(mp)
mp, pp = nil, nil
// p的本地defer缓存池和全局defer缓存池都没有可用的defer结构，在堆上创建一个
if d == nil {
// Allocate new defer.
d = new(_defer)
}
d.heap = true
return d
}
可以看出堆上defer的创建思想借助了内存复用，用到了内存池的思想，创建defer的过程是：优先在p的本地和全局的defer缓存池里找到一个可用的defer结构返回，找不到在去堆上创建 4.1.2 栈上分配 下面看一下 runtime.deferprocStack 函数，在栈上分配_defer，这个函数是go 1.13 之后引入的，优化defer性能的，显然在栈上分配的效率更高。 runtime.deferprocStack 源码如下：
// 在调用这个函数之前，defer结构已经站在栈上创建好，这里只是作为参数传进来赋值
func deferprocStack(d *_defer) {
gp := getg() // // 获取goroutine，defer在哪个goroutine中执行
if gp.m.curg != gp {
// go code on the system stack can't defer
throw("defer on system stack")
}
d.started = false
d.heap = false // 堆上分配置为false
d.openDefer = false
d.sp = getcallersp()
d.pc = getcallerpc()
d.framepc = 0
d.varp = 0
*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&d._panic)) = 0
*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&d.fd)) = 0
*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&d.link)) = uintptr(unsafe.Pointer(gp._defer))
*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&gp._defer)) = uintptr(unsafe.Pointer(d))
return0()
}
Go 在编译的时候在 SSA中间代码阶段，如果判断出_defer需要在站上分配，则编译器会直接在函数调用栈上初始化 _defer 记录，并作为参数传递给 deferprocStack函数。 4.1.3 开放编码 再看一下defer的第三种实现方式，开放编码。这种方式是在go1.14 引入的继续优化defer实现性能的方式。在go1.14 中通过代码内联优化，使得函数末尾直接对 defer 函数进行调用，减少了函数调用开销。其主要逻辑位于 cmd/compile/internal/walk/stmt.go文件的 walkStmt()函数和 cmd/compile/internal/ssagen/ssa.go 的 buildssa()函数，函数较长，这里看下关键代码。 walkStmt()函数：
case ir.ODEFER:
n := n.(*ir.GoDeferStmt)
ir.CurFunc.SetHasDefer(true)
ir.CurFunc.NumDefers++
if ir.CurFunc.NumDefers > maxOpenDefers { // maxOpenDefers = 8
// defer函数的个数多余8个时，不能用开放编码模式
ir.CurFunc.SetOpenCodedDeferDisallowed(true)
}
if n.Esc() != ir.EscNever {
// If n.Esc is not EscNever, then this defer occurs in a loop,
// so open-coded defers cannot be used in this function.
ir.CurFunc.SetOpenCodedDeferDisallowed(true)
}
fallthrough
这里分析一下 n.Esc() != ir.EscNever 这个条件： 通过源码注释可以看到，这里其实就是判断defer是否在循环体内，因为 defer 在 for 循环中调用，编译器不确定会执行多少次，会逃逸到堆上，这样defer就只能分配在堆中了。所以在使用defer 延迟调用的时候，尽量不要在循环中使用，否则可能导致性能问题。 buildssa()函数：
// build时候的没有设置-N，允许内联
s.hasOpenDefers = base.Flag.N == 0 && s.hasdefer && !s.curfn.OpenCodedDeferDisallowed()
switch {
case base.Debug.NoOpenDefer != 0:
s.hasOpenDefers = false
case s.hasOpenDefers && (base.Ctxt.Flag_shared || base.Ctxt.Flag_dynlink) && base.Ctxt.Arch.Name == "386":
// Don't support open-coded defers for 386 ONLY when using shared
// libraries, because there is extra code (added by rewriteToUseGot())
// preceding the deferreturn/ret code that we don't track correctly.
s.hasOpenDefers = false
}
if s.hasOpenDefers && len(s.curfn.Exit) > 0 {
// Skip doing open defers if there is any extra exit code (likely
// race detection), since we will not generate that code in the
// case of the extra deferreturn/ret segment.
s.hasOpenDefers = false
}
if s.hasOpenDefers {
// Similarly, skip if there are any heap-allocated result
// parameters that need to be copied back to their stack slots.
for _, f := range s.curfn.Type().Results().FieldSlice() {
if !f.Nname.(*ir.Name).OnStack() {
s.hasOpenDefers = false
break
}
}
}
if s.hasOpenDefers &&
// defer所在函数返回值个数和defer函数个数乘积不能大于15
s.curfn.NumReturns*s.curfn.NumDefers > 15 {
// Since we are generating defer calls at every exit for
// open-coded defers, skip doing open-coded defers if there are
// too many returns (especially if there are multiple defers).
// Open-coded defers are most important for improving performance
// for smaller functions (which don't have many returns).
s
总结一下：在g1.14之后，go会优先采用内联的方式处理defer函数调用，但是需要满足以下几个条件： build编译的时候没有设置-N defer 函数个数没有超过 8 个 defer所在函数返回值个数和defer函数个数乘积不超过15 defer没有出现在循环语句中时 4.2 defer函数执行 在给defer分配好内存之后，剩下的就是执行了。在函数退出的时候， deferreturn 来执行defer链表上的各个defer函数。函数源码如下：
func deferreturn() {
gp := getg()
// 遍历goroutine的defer链表
for {
d := gp._defer
if d == nil {
return
}
sp := getcallersp() // 获取调用栈的栈顶指针
if d.sp != sp {
return
}
// 开放编码模式，内联处理
if d.openDefer {
done := runOpenDeferFrame(gp, d)
if !done {
throw("unfinished open-coded defers in deferreturn")
}
gp._defer = d.link
freedefer(d)
// If this frame uses open defers, then this
// must be the only defer record for the
// frame, so we can just return.
return
}
// 非内联模式
fn := d.fn // 获取defer的执行函数
d.fn = nil // defer上的函数指针置空
gp._defer = d.link // 遍历下一个defer结构
freedefer(d) // 释放defer结构，优先归还到defer缓冲池中
fn() // 执行函数调用
}
}
当 go函数 的 return 关键字执行的时候，触发 call 调用 deferreturn 函数，deferreturn函数的执行逻辑也很简单，就是遍历goroutine上的defer链表，从表头开始遍历，依次取出defer结构执行defer结构中的函数执行。 总结： 遇到defer关键字，编译器会在编译阶段注册defer函数的时候插入 deferproc() 函数或者 deferprocStack 函数，在return之前插入deferreturn()函数 defer函数的执行顺序是LIFO的，因为每次创建的defer结构都是插入到goroutine的defer链表表头 defer结构的有三种实现方式，堆上分配，栈上分配还有内联实现 关注秀才公众号： IT杨秀才 ，领取精品学习资料 公众号后台回复： Go面试 ，领取Go面试题库PDF 公众号后台回复： Go学习 ，领取Go必看书籍 公众号后台回复： 大模型 ，领取大模型学习资料 公众号后台回复： 111 ，领取架构学习资料 公众号后台回复： 26届秋招 ，领取26届秋招企业汇总表
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