深入分析 Golang 的 Error

Golang
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2022-10-10
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Golang中的error

Golang中的 error 就是一个简单的接口类型。只要实现了这个接口，就可以将其视为一种 error

type error interface {
    Error() string
}

error的几种玩法

翻看Golang源码，能看到许多类似于下面的这两种error类型

哨兵错误

var EOF = errors.New("EOF")

var ErrUnexpectedEOF = errors.New("unexpected EOF")

var ErrNoProgress = errors.New("multiple Read calls return no data or error")

缺点：

1.让 error 具有二义性

error != nil不再意味着一定发生了错误
比如io.Reader返回io.EOF来告知调用者没有更多数据了，然而这又不是一个错误

2.在两个包之间创建了依赖

如果你使用了io.EOF来检查是否read完所有的数据，那么代码里一定会导入io包

自定义错误类型

一个不错的例子是os.PathError，它的优点是可以附带更多的上下文信息

type PathError struct {
    Op   string
    Path string
    Err  error
}

Wrap error

到这里我们可以发现，Golang 的 error 非常简单，然而简单也意味着有时候是不够用的

Golang的error一直有两个问题：

1.error没有附带file：line信息（也就是没有堆栈信息）

比如这种error，鬼知道代码哪一行报了错，Debug时简直要命

SERVICE ERROR 2022-03-25T16:32:10.687+0800!!!
       Error 1406: Data too long for column 'content' at row 1

2.上层error想附带更多日志信息时，往往会使用fmt.Errorf()，fmt.Errorf()会创建一个新的error，底层的error类型就被“吞”掉了

var errNoRows = errors.New("no rows")

// 模仿sql库返回一个errNoRows
func sqlExec() error {
    return errNoRows
}

func serviceNoErrWrap() error {
    err := sqlExec()
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("sqlExec failed.Err:%v", err)
    }

    return nil
}

func TestErrWrap(t *testing.T) {
    // 使用fmt.Errorf创建了一个新的err，丢失了底层err
    err := serviceNoErrWrap()
    if err != errNoRows {
        log.Println("===== errType don't equal errNoRows =====")
    }
}
-------------------------------代码运行结果----------------------------------
=== RUN   TestErrWrap
2022/03/26 17:19:43 ===== errType don't equal errNoRows =====

为了解决这个问题，我们可以使用github.com/pkg/error包，使用errors.withStack()方法将err保

存到withStack对象

// withStack结构体保存了error，形成了一条error链。同时*stack字段保存了堆栈信息。
type withStack struct {
    error
    *stack
}

也可以使用errors.Wrap(err, "自定义文本")，额外附带一些自定义的文本信息

源码解读：先将err和message包进withMessage对象，再将withMessage对象和堆栈信息包进withStack对象

func Wrap(err error, message string) error {
    if err == nil {
        return nil
    }
    err = &withMessage{
        cause: err,
        msg:   message,
    }
    return &withStack{
        err,
        callers(),
    }
}

Golang1.13版本error的新特性

Golang1.13版本借鉴了github.com/pkg/error包，新增了如下函数，大大增强了 Golang 语言判断 error 类型的能力

errors.UnWrap()

// 与errors.Wrap()行为相反
// 获取err链中的底层err
func Unwrap(err error) error {
    u, ok := err.(interface {
        Unwrap() error
    })
    if !ok {
        return nil
    }
    return u.Unwrap()
}

errors.Is()

在1.13版本之前，我们可以用err == targetErr判断err类型

errors.Is()是其增强版：error 链上的任一err == targetErr，即return true

// 实践：学习使用errors.Is()
var errNoRows = errors.New("no rows")

// 模仿sql库返回一个errNoRows
func sqlExec() error {
    return errNoRows
}

func service() error {
    err := sqlExec()
    if err != nil {
        return errors.WithStack(err)    // 包装errNoRows
    }

    return nil
}

func TestErrIs(t *testing.T) {
    err := service()

    // errors.Is递归调用errors.UnWrap，命中err链上的任意err即返回true 
    if errors.Is(err, errNoRows) {
        log.Println("===== errors.Is() succeeded =====")
    }

    //err经errors.WithStack包装，不能通过 == 判断err类型 
    if err == errNoRows {
        log.Println("err == errNoRows")
    }
}
-------------------------------代码运行结果----------------------------------
=== RUN   TestErrIs
2022/03/25 18:35:00 ===== errors.Is() succeeded =====

例子解读：

因为使用errors.WithStack包装了sqlError，sqlError位于error链的底层，上层的error已经不再是sqlError类型，所以使用==无法判断出底层的sqlError

源码解读：

  • 我们很容易想到其内部调用了err = Unwrap(err)方法来获取error链中底层的error
  • 自定义error类型可以实现Is接口来自定义error类型判断方法
func Is(err, target error) bool {
    if target == nil {
        return err == target
    }

    isComparable := reflectlite.TypeOf(target).Comparable()
    for {
        if isComparable && err == target {
            return true
        }
        // 支持自定义error类型判断 
        if x, ok := err.(interface{ Is(error) bool }); ok && x.Is(target) {
            return true
        }
        if err = Unwrap(err); err == nil {
            return false
        }
    }
}

下面我们来看看如何自定义error类型判断：

自定义的errNoRows类型，必须实现Is接口，才能使用erros.Is()进行类型判断

type errNoRows struct {
    Desc string
}

func (e errNoRows) Unwrap() error { return e }

func (e errNoRows) Error() string { return e.Desc }

func (e errNoRows) Is(err error) bool {
    return reflect.TypeOf(err).Name() == reflect.TypeOf(e).Name()
}

// 模仿sql库返回一个errNoRows
func sqlExec() error {
    return &errNoRows{"Kaolengmian NB"}
}

func service() error {
    err := sqlExec()
    if err != nil {
        return errors.WithStack(err)
    }

    return nil
}

func serviceNoErrWrap() error {
    err := sqlExec()
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("sqlExec failed.Err:%v", err)
    }

    return nil
}

func TestErrIs(t *testing.T) {
    err := service()

    if errors.Is(err, errNoRows{}) {
        log.Println("===== errors.Is() succeeded =====")
    }
}
-------------------------------代码运行结果----------------------------------
=== RUN   TestErrIs
2022/03/25 18:35:00 ===== errors.Is() succeeded =====

errors.As()

在1.13版本之前，我们可以用if _,ok := err.(targetErr)判断err类型

errors.As()是其增强版：error 链上的任一err与targetErr类型相同，即return true

// 通过例子学习使用errors.As()
type sqlError struct {
    error
}

func (e *sqlError) IsNoRows() bool {
    t, ok := e.error.(ErrNoRows)
    return ok && t.IsNoRows()
}

type ErrNoRows interface {
    IsNoRows() bool
}

// 返回一个sqlError
func sqlExec() error {
    return sqlError{}
}

// errors.WithStack包装sqlError
func service() error {
    err := sqlExec()
    if err != nil {
        return errors.WithStack(err)
    }

    return nil
}

func TestErrAs(t *testing.T) {
    err := service()

    // 递归使用errors.UnWrap，只要Err链上有一种Err满足类型断言，即返回true
    sr := &sqlError{}
    if errors.As(err, sr) {
        log.Println("===== errors.As() succeeded =====")
    }

    // 经errors.WithStack包装后，不能通过类型断言将当前Err转换成底层Err 
    if _, ok := err.(sqlError); ok {
        log.Println("===== type assert succeeded =====")
    }
}
----------------------------------代码运行结果--------------------------------------------
=== RUN   TestErrAs
2022/03/25 18:09:02 ===== errors.As() succeeded =====

例子解读：

因为使用errors.WithStack包装了sqlError，sqlError位于error链的底层，上层的error已经不再是sqlError类型，所以使用类型断言无法判断出底层的sqlError

error处理最佳实践

上面讲了如何定义error类型，如何比较error类型，现在我们谈谈如何在大型项目中做好error处理

优先处理error

当一个函数返回一个非空error时，应该优先处理error，忽略它的其他返回值

只处理error一次

在Golang中，对于每个err，我们应该只处理一次。

  • 要么立即处理err（包括记日志等行为），return nil（把错误吞掉）。此时因为把错误做了降级，一定要小心处理函数返回值。
比如下面例子json.Marshal(conf)没有return err ，那么在使用buf时一定要小心空指针等错误
  • 要么return err，在上层处理err

反例：

// 试想如果writeAll函数出错，会打印两遍日志
// 如果整个项目都这么做，最后会惊奇的发现我们在处处打日志，项目中存在大量没有价值的垃圾日志
// unable to write:io.EOF
// could not write config:io.EOF

type config struct {}

func writeAll(w io.Writer, buf []byte) error {
    _, err := w.Write(buf)
    if err != nil {
        log.Println("unable to write:", err)
        return err
    }

    return nil
}

func writeConfig(w io.Writer, conf *config) error {
    buf, err := json.Marshal(conf)
    if err != nil {
        log.Printf("could not marshal config:%v", err)
    }

    if err := writeAll(w, buf); err != nil {
        log.Println("count not write config: %v", err)
        return err
    }

    return nil
}

不要反复包装error

我们应该包装error，但只包装一次

上层业务代码建议Wrap error，但是底层基础Kit库不建议

如果底层基础 Kit 库包装了一次，上层业务代码又包装了一次，就重复包装了 error，日志就会打重

比如我们常用的sql库会返回sql.ErrNoRows这种预定义错误，而不是给我们一个包装过的 error

不透明的错误处理

在大型项目中，推荐使用不透明的错误处理(Opaque errors)：不关心错误类型，只关心error是否为nil

好处：

  • 耦合小，不需要判断特定错误类型，就不需要导入相关包的依赖。
  • 不过有时候，这种处理error的方式不够用，比如：业务需要对参数异常error类型做降级处理，打印Warn级别的日志
type ParamInvalidError struct {
    Desc string
}

func (e ParamInvalidError) Unwrap() error { return e }

func (e ParamInvalidError) Error() string { return "ParamInvalidError: " + e.Desc }

func (e ParamInvalidError) Is(err error) bool {
    return reflect.TypeOf(err).Name() == reflect.TypeOf(e).Name()
}

func NewParamInvalidErr(desc string) error {
    return errors.WithStack(&ParamInvalidError{Desc: desc})
}
------------------------------顶层打印日志---------------------------------
if errors.Is(err, Err.ParamInvalidError{}) {
    logger.Warnf(ctx, "%s", err.Error())
    return
}
if err != nil {
    logger.Errorf(ctx, " error:%+v", err)
}

简化错误处理

Golang因为代码中无数的if err != nil被诟病，现在我们看看如何减少if err != nil这种代码

bufio.scan

CountLines() 实现了”读取内容的行数”功能

可以利用 bufio.scan() 简化 error 的处理：

func CountLines(r io.Reader) (int, error) {
    var (
        br    = bufio.NewReader(r)
        lines int
        err   error
    )

    for {
        _, err := br.ReadString('\n')
        lines++
        if err != nil {
            break
        }
    }

    if err != io.EOF {
        return 0, nilsadwawa 
    }

    return lines, nil
}

func CountLinesGracefulErr(r io.Reader) (int, error) {
    sc := bufio.NewScanner(r)

    lines := 0 
    for sc.Scan() {
        lines++
    }

    return lines, sc.Err()
}

bufio.NewScanner() 返回一个 Scanner 对象，结构体内部包含了 error 类型，调用Err()方法即可返回封装好的error

Golang源代码中蕴含着大量的优秀设计思想，我们在阅读源码时从中学习，并在实践中得以运用
type Scanner struct {
    r            io.Reader // The reader provided by the client.
    split        SplitFunc // The function to split the tokens.
    maxTokenSize int       // Maximum size of a token; modified by tests.
    token        []byte    // Last token returned by split.
    buf          []byte    // Buffer used as argument to split.
    start        int       // First non-processed byte in buf.
    end          int       // End of data in buf.
    err          error     // Sticky error.
    empties      int       // Count of successive empty tokens.
    scanCalled   bool      // Scan has been called; buffer is in use.
    done         bool      // Scan has finished.
}

func (s *Scanner) Err() error {
    if s.err == io.EOF {
        return nil
    }
    return s.err
}

errWriter

WriteResponse()函数实现了"构建HttpResponse"功能

利用上面学到的思路，我们可以自己实现一个errWriter对象，简化对 error 的处理

type Header struct {
    Key, Value string
}

type Status struct {
    Code   int
    Reason string
}

func WriteResponse(w io.Writer, st Status, headers []Header, body io.Reader) error {
    _, err := fmt.Fprintf(w, "HTTP/1.1 %d %s\r\n", st.Code, st.Reason)
    if err != nil {
        return err
    }

    for _, h := range headers {
        _, err := fmt.Fprintf(w, "%s: %s\r\n", h.Key, h.Value)
        if err != nil {
            return err
        }
    }

    if _, err := fmt.Fprintf(w, "\r\n"); err != nil {
        return err
    }

    _, err = io.Copy(w, body)
    return err
}

type errWriter struct {
    io.Writer
    err error
}

func (e *errWriter) Write(buf []byte) (n int, err error) {
    if e.err != nil {
        return 0, e.err
    }

    n, e.err = e.Writer.Write(buf)

    return n, nil
}

func WriteResponseGracefulErr(w io.Writer, st Status, headers []Header, body io.Reader) error {
    ew := &errWriter{w, nil}

    fmt.Fprintf(ew, "HTTP/1.1 %d %s\r\n", st.Code, st.Reason)

    for _, h := range headers {
        fmt.Fprintf(ew, "%s: %s\r\n", h.Key, h.Value)
    }

    fmt.Fprintf(w, "\r\n")

    io.Copy(ew, body)

    return ew.err
}

何时该用panic

在 Golang 中panic会导致程序直接退出，是一个致命的错误。

建议发生致命的程序错误时才使用 panic，例如索引越界、不可恢复的环境问题、栈溢出等等

小补充

errors.New()返回的是errorString对象的指针，其原因是防止字符串产生碰撞，如果发生碰撞，两个 error 对象会相等。

源码：

func New(text string) error {
    return &errorString{text}
}

// errorString is a trivial implementation of error.
type errorString struct {
    s string
}

func (e *errorString) Error() string {
    return e.s
}

实践：error1和error2的text都是"error"，但是二者并不相等

func TestErrString(t *testing.T) {
    var error1 = errors.New("error")
    var error2 = errors.New("error")

    if error1 != error2 {
        log.Println("error1 != error2")
    }
}
---------------------代码运行结果--------------------------
=== RUN   TestXXXX
2022/03/25 22:05:40 error1 != error2

创作不易，希望大家能顺手点个赞～这对我很重要，蟹蟹各位啦～

参考文献
《Effective GO》
《Go程序设计语言》
dave.cheney.net/practical-go/prese...
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