📚 背景知識(読んでから問題へ)
Day 049では、net/rpcにはストリーミングの概念がなく「継続的に更新を受け取りたい」という要件にはポーリングで近似するしかないこと、そして本物のgRPCのServer streaming RPCを選ぶと「双方でストリームのライフサイクル管理(切断検知・エラーハンドリング)が必要になり実装がやや複雑になる」と述べました。今日はこの「複雑さ」の正体を、実際に手を動かして体験します。
本物のgRPCでは、クライアントがストリームの受信を途中でやめる(contextをキャンセルする、コネクションを切るなど)と、サーバー側で実行中のstream.Send(...)はエラー(context.Canceled相当のgRPCステータスコード)を返すようになります。これはgRPCのランタイムが、ストリームをHTTP/2のストリームおよびcontext.Contextに紐付けて管理しているためで、「受信側がいなくなったこと」がサーバー側のSendの戻り値という形で自動的に伝わります。
一方、今日Unary RPC(net/rpcのclient.Call)をポーリングして疑似的にServer streamingを実現する場合、この「受信側がいなくなったことを送信側が知る仕組み」はGoの標準ライブラリが自動で用意してくれるものではありません。自分でchannelとcontextを正しく配線して初めて実現される、開発者自身の責任です。これを怠ると、一見エラーも出さずに正常終了しているように見えるプログラムの裏で、goroutineリークという静かなバグが発生します。今日はこのバグを実際に発生させ、観測し、修正します。
📝 問題
- 概念確認: 本物のgRPCでは「クライアントがストリームの受信をやめたこと」がサーバー側の
stream.Send(...)の戻り値というかたちで自動的に伝わります。これに対し、net/rpcベースの疑似ストリーミング実装ではこの仕組みが自動で得られない理由を、net/rpcが持つ機能の範囲(Day 048・049で扱った規約)に基づいて説明してください。 - デバッグ(バグの発見): 以下は、
namesのリストを一定間隔でポーリングし、結果をchannel経由でストリームのように返すStreamGreetings関数です。mainはこの関数を使って最初の2件だけ受け取り、breakで早期に受信をやめます。このプログラムはエラーも出さず正常終了しているように見えますが、実は1つgoroutineがリークしています。どこで・なぜリークするか指摘してください。func StreamGreetings(client *rpc.Client, names []string, interval time.Duration) <-chan HelloReply { results := make(chan HelloReply) // unbuffered go func() { for _, name := range names { var reply HelloReply if err := client.Call("Greeter.SayHello", &HelloRequest{Name: name}, &reply); err != nil { return } results <- reply // ← ここに注目 time.Sleep(interval) } }() return results } func main() { // ...サーバー・クライアントのセットアップは省略... names := []string{"Alice", "Bob", "Carol", "Dave", "Eve"} stream := StreamGreetings(client, names, 10*time.Millisecond) count := 0 for reply := range stream { fmt.Println("received:", reply.Message) count++ if count == 2 { break // 2件で十分として早期に打ち切る } } } - 修正と定量的な検証:
context.Contextを使って(2)のリークを修正したStreamGreetingsを実装してください。要件:- シグネチャに
ctx context.Contextを追加する results <- replyをselectでctx.Done()と競争させ、呼び出し側が受信をやめた場合は送信を諦めてgoroutineを終了するmain側は2件受け取ったらcancel()を呼んでからbreakするruntime.NumGoroutine()を使い、「早期break前後でgoroutine数が増えていないこと」を実際の数値で確認するコードを含める(修正前・修正後の両方で数値を比較できるようにする)
- シグネチャに
- 設計・一般化: 「unbuffered channelへの送信」と「受信側がループを早期に抜ける可能性」という組み合わせは、今日のServer streamingポーリングに限らず、Fan-out的に複数のconsumerへ配信する処理やイベント通知全般で繰り返し登場する危険な組み合わせです。この組み合わせがなぜ一般的に危険か説明し、
select+ctx.Done()以外に採りうる設計上の選択肢を2つ挙げ、それぞれのトレードオフを述べてください。
🔍 ヒント(段階的開示)
ヒント1 — 方向性
results <- replyは、resultsを読むgoroutine(for reply := range streamのループ)が存在する間しか完了しません。main側がbreakでループを抜けた後、誰もこのchannelを読まなくなったら、この送信文はどうなるか考えてください。
ヒント2 — アプローチ
リークを定量的に確認するには、runtime.NumGoroutine()を「プログラム開始直後の安定した時点(ベースライン)」と「break後に少し待った後」の2回呼んで比較します。差が0より大きければ、その分のgoroutineが終了せずに残っていることになります。go test -raceはデータ競合(複数goroutineが同じメモリに同期なしでアクセスすること)を検出するツールであり、goroutineリーク自体は検出しません(今日実際に確認します)。
ヒント3 — コード骨格
func StreamGreetings(ctx context.Context, client *rpc.Client, names []string, interval time.Duration) <-chan HelloReply {
results := make(chan HelloReply)
go func() {
defer close(results) // TODO: なぜcloseが必要か考える
for _, name := range names {
var reply HelloReply
if err := client.Call("Greeter.SayHello", &HelloRequest{Name: name}, &reply); err != nil {
return
}
select {
case results <- reply:
case <-ctx.Done():
return // TODO: ここが今日のバグ修正の核心
}
// TODO: interval分の待機もctx.Done()と競争させる
}
}()
return results
}
✅ 模範解答
(1) net/rpcベースの疑似ストリーミングで「自動で伝わる仕組み」が得られない理由:
Day 048で確認した通り、net/rpcが提供するのは「(args *ArgsType, reply *ReplyType) errorという規約を満たすメソッドを、クライアントがclient.Callで1回呼び出し、1回の応答を受け取る」というUnary RPCの骨格だけです。net/rpc自体はストリーム・コネクションのライフサイクルという概念を持たず、「クライアントが受信をやめた」というイベントをサーバー側やポーリングループ側に通知する仕組みは一切実装されていません。本物のgRPCでこの通知が自動で行われるのは、gRPCのランタイムがストリームをHTTP/2のストリームおよび呼び出し側のcontext.Contextに紐付けて管理し、コネクション断・キャンセルを検知してstream.Send()にエラーを注入する専用のコードを持っているからです。今日のStreamGreetingsのようにUnary RPCのポーリングでストリーミングを疑似的に実現する場合、この通知の配線は開発者がcontext.Contextとchannelを使って自分で作るしかなく、それを怠ると(2)のリークが発生します。
(2) バグの所在:
results <- replyが原因です。resultsはmake(chan HelloReply)で作られたunbuffered channelであり、送信は「対応する受信が実行されるまでブロックする」という性質を持ちます。main側が2件受け取った時点でbreakし、for reply := range streamのループを抜けると、以降誰もこのchannelから受信しなくなります。しかしStreamGreetings内のgoroutineはnamesのループを続けており、3件目(Carol)の結果をresults <- replyで送信しようとした瞬間、永久に受信されることのない送信文でブロックしたままになります。このgoroutineは二度とreturnに到達できず、プログラムが終了するまでメモリ上に残り続けます。main関数自体はエラーも出さず正常終了するため、意識的にruntime.NumGoroutine()で確認しない限り、このリークは気づかれません。
(3) 修正版の実装(完全なコード・実測結果付き):
package main
import (
"context"
"fmt"
"log"
"net"
"net/rpc"
"runtime"
"time"
)
type Greeter struct{}
type HelloRequest struct{ Name string }
type HelloReply struct{ Message string }
func (g *Greeter) SayHello(req *HelloRequest, reply *HelloReply) error {
reply.Message = "Hello, " + req.Name + "!"
return nil
}
// StreamGreetings はサーバー streaming RPC を net/rpc のポーリングで疑似的に実現する。
// 修正版: results への送信を select で ctx.Done() と競争させ、呼び出し側が
// 受信をやめた(= ctx がキャンセルされた)ことを検知したら送信を諦めて
// goroutine を終了させる。
func StreamGreetings(ctx context.Context, client *rpc.Client, names []string, interval time.Duration) <-chan HelloReply {
results := make(chan HelloReply)
go func() {
defer close(results) // 呼び出し側がrangeでループを終了できるようにチャネルを閉じる
for _, name := range names {
var reply HelloReply
if err := client.Call("Greeter.SayHello", &HelloRequest{Name: name}, &reply); err != nil {
return
}
select {
case results <- reply:
case <-ctx.Done():
return // 受信側がいなくなったので送信を諦めてgoroutineを終了する
}
select {
case <-time.After(interval):
case <-ctx.Done():
return // 待機中にキャンセルされた場合もここで終了する
}
}
}()
return results
}
func main() {
rpc.Register(new(Greeter))
listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:0")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer listener.Close()
go func() {
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
return
}
go rpc.ServeConn(conn)
}
}()
client, err := rpc.Dial("tcp", listener.Addr().String())
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer client.Close()
time.Sleep(50 * time.Millisecond) // accept-loopのgoroutineが安定するのを待つ
baseline := runtime.NumGoroutine()
fmt.Printf("baseline goroutines = %d\n", baseline)
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
names := []string{"Alice", "Bob", "Carol", "Dave", "Eve"}
stream := StreamGreetings(ctx, client, names, 10*time.Millisecond)
count := 0
for reply := range stream {
fmt.Println("received:", reply.Message)
count++
if count == 2 {
cancel() // 受信をやめる意思をctxで明示してからループを抜ける
break
}
}
time.Sleep(200 * time.Millisecond) // producer側が終了処理を終える猶予
after := runtime.NumGoroutine()
fmt.Printf("after early-break goroutines = %d (leaked = %d)\n", after, after-baseline)
}
実行結果(実測。go1.26.2 darwin/amd64で確認済み):
修正前(問題(2)のバグありコード。contextなし、results <- replyのみ):
baseline goroutines = 4
received: Hello, Alice!
received: Hello, Bob!
after early-break goroutines = 5 (leaked = 1)
修正後(上記の完全なコード):
baseline goroutines = 4
received: Hello, Alice!
received: Hello, Bob!
after early-break goroutines = 4 (leaked = 0)
go vet / go test -raceとの関係(実測): go vetはどちらのバージョンに対しても指摘なし(exit code 0)でした。go run -raceもどちらのバージョンに対してもexit code 0で、データ競合は検出されませんでした。これはgoroutineリークとデータ競合が別種のバグであることを実測で裏付けています。データ競合検出器(-race)は「同期なしの共有メモリアクセス」を検出するツールであり、今日のバグのような「goroutineが正しく終了しない」問題は検出対象外です。この種のリークを機械的に検出したい場合、実務ではgo.uber.org/goleak(テストの末尾で残存goroutineを検査する外部ライブラリ)を導入するのが定石ですが、今日は標準ライブラリのruntime.NumGoroutine()による手動計測で同じ問題を体験しました。(4) 一般化とトレードオフ:
「unbuffered channelへの送信」と「受信側の早期離脱」の組み合わせが危険なのは、Goのchannelの送信操作が受信側の存在を前提にブロックするという性質を持つためです。送信側は「受信側がまだいるか」を送信操作自体からは知る術がなく、受信側が抜けた後もそれを知らずに送信を試み続けます。これはServer streamingのポーリングに限らず、以下のような場面で繰り返し登場します。
- Fan-outで複数のworkerに仕事を配る際、一部のworkerが早期に終了・パニックしても配信元がそれを知らない
- pub/subパターンでイベントを配信する際、subscriberが購読解除した後も配信元が送信を試み続ける
- HTTPハンドラがリクエスト処理中にクライアントが切断した場合、バックグラウンドgoroutineがレスポンス用channelへの送信で止まる
select + ctx.Done()以外に採りうる設計上の選択肢は以下の2つです。
| 選択肢 | 内容 | トレードオフ |
|---|---|---|
| A: バッファ付きchannel + 非ブロッキング送信 | results := make(chan HelloReply, N)のようにバッファを持たせ、送信時にselect { case results <- reply: default: /* ドロップ */ }とすることで、受信側が遅い・いなくなった場合でも送信側は決してブロックしない | バッファが溢れた分のデータが黙って失われる。ログのストリーミングのように多少取りこぼしても致命的ではない用途には適するが、送金結果の通知のように1件も失ってはいけないデータには不適切 |
| B: 専用のdoneチャネル | ctxを使わず、stop := make(chan struct{})を用意し、受信側が抜ける際にclose(stop)する | ctx.Done()方式とほぼ同じ機能だが、contextパッケージが提供するタイムアウトの合成(WithTimeoutとの組み合わせ)やDay 049で扱ったデッドライン伝播の恩恵を受けられなくなる。呼び出し境界を越える可能性がある処理には、拡張性の高いctx.Done()を使う方が推奨される |
🪜 Step-by-Step 解説
ch <- vという送信文は、chがunbufferedの場合「同時にv := <-chを実行しているgoroutineが存在する」ことを条件に完了します。受信側のgoroutineが存在しなくなった(=誰も<-chを実行しなくなった)状態で送信文を実行すると、その送信文は永久に完了しません。これは今日のバグの直接原因です。
runtime.NumGoroutine()でリークを「見える化」するGoのgoroutineリークは、パニックもエラーログも出さずに発生するため、コードを読むだけでは見落としやすいバグです。今日のように「操作の前後で
runtime.NumGoroutine()を比較する」というシンプルな手法は、本番のテストコードでもt.Cleanupと組み合わせて使われる基本的なリーク検出テクニックです。
select + ctx.Done()で「送信を諦める」ことを可能にする修正版のポイントは、
results <- replyという単独の送信文を、ctx.Done()という別の選択肢とselectで競争させたことです。これにより、送信が完了できない状況(受信側がいなくなった)でも、goroutineはctx.Done()側の分岐に抜けてreturnできるようになります。これは、Day 049で学んだ「同期呼び出しを非同期化してから待ち合わせる」パターンの応用形です。
defer close(results)の意味を理解する修正版では
defer close(results)を追加しています。これは今日のリーク修正そのものには必須ではありませんが(main側はbreakで抜けるためcloseを見なくても動く)、もし呼び出し側がbreakせずにrangeで最後まで結果を待つ設計だった場合、goroutine側が全件送信し終えてforループを抜けた後にchannelをcloseしないと、呼び出し側のfor reply := range streamは永久にブロックしたままになります。「送信側は責任を持ってchannelをcloseする」というGoの基本原則を、ストリーミングの実装でも徹底する必要があります。
💡 設計思想・なぜこう書くのか
🌐 他言語との比較
| 言語/エコシステム | 同等の概念 | Goとの違い |
|---|---|---|
| Java | BlockingQueue.put()がconsumerスレッド終了後もブロックし続けるケース | JavaでもArrayBlockingQueueのようなunbounded/boundedキューへのputは受信側スレッドが消えると同様にブロックし得るが、offer(timeout)のようなタイムアウト付きAPIが標準で用意されており、selectのような言語構文を使わずに「送信を諦める」選択肢を表現しやすい |
| Python | asyncio.Queue.put()とconsumer taskがキャンセルされた場合 | asyncioではconsumer側のtaskがcancel()されても、producer側がawait queue.put(item)でブロックしたままになりうる点は同型の問題。asyncio.wait_forでタイムアウトを付けるか、queue.put_nowait()で明示的に非ブロッキング化する必要がある |
| TypeScript/Node.js | EventEmitterのリスナーが購読解除された後もイベントを発行し続けるケース | Node.jsはシングルスレッド・イベントループモデルのため「送信がブロックする」という概念自体が薄く、emitter.emit()はリスナーがいなくてもエラーにならず単に無視される。Goのchannelのような「送信自体が受信を待つ」同期の仕組みがないため、今日と同種のリークは(goroutineリークの形では)発生しないが、代わりに「不要になったリスナーの解除忘れ」によるメモリリークという別の形で同種の問題が起きる |
🏆 実務での使いどころ
- ログ・メトリクスのストリーミングAPI: 「クライアントが購読を途中でやめる」ことは正常系の一部です。今日のような修正がなければ、クライアントが頻繁に接続・切断するたびにサーバー側でgoroutineが蓄積し、時間の経過とともにメモリ使用量が単調増加する障害(多くは深夜バッチやデプロイ直後の再起動でようやく解消する「じわじわ悪化する」タイプの障害)につながります。
- 本番テストでのリーク検出: 実務では
runtime.NumGoroutine()の手動比較よりも、go.uber.org/goleakをテストスイートのTestMainに組み込み、各テストの前後で残存goroutineを自動検査する運用が一般的です。今日のテクニックはその仕組みが内部で何をしているかを理解する土台になります。 -raceと分業する: チームのCIに「go test -raceが通ればgoroutine関連のバグはない」という誤解が広がっていないか確認する価値があります。今日実測した通り、-raceはデータ競合しか検出しないため、goroutineリークを防ぐにはコードレビューでのselectパターンの確認や、goleakのような専用ツールの併用が必要です。
⚠️ よくある誤解・ミス
| 誤解・ミス | なぜ起こるか | 正しい理解 |
|---|---|---|
go test -raceが通れば並行処理まわりのバグはすべて検出されたと思い込む | 「並行処理のバグ検出ツール」という漠然とした理解のまま-raceを使っている | -raceはデータ競合(同期なしの共有メモリアクセス)専用の検出器であり、今日実測した通りgoroutineリークは検出対象外。別種のバグには別種の検出手段(runtime.NumGoroutine()・goleak・手動のコードレビュー)が必要 |
for range channelのループをbreakで抜ければ、送信側のgoroutineも自動的に終了すると思い込む | 他言語のイテレータ(Pythonのgeneratorなど)ではbreakした時点で内部状態が暗黙に片付けられることがあり、その直感がGoにも当てはまると錯覚する | Goのchannelとgoroutineはbreakと一切連動しない独立した存在。受信側がbreakしても、送信側のgoroutineは自分が持つforループとブロッキング操作の中に取り残されたままになる。終了させたいなら、ctxやdoneチャネルで明示的に知らせる必要がある |
defer close(results)さえ書けばリークは防げると思い込む | 「channelをcloseすればきれいに片付く」という直感 | closeは「これ以上値を送信しない」ことを受信側に伝える操作であり、送信側goroutineがブロックしている送信文自体を解放する力はない。今日のバグではcloseの有無に関わらず、results <- replyの時点でブロックしたままなので、closeを追加しただけでは解決しない。select + ctx.Done()のように、ブロックしている送信文自体に「諦める」経路を用意することが必須 |
🚀 次のステップ
- 発展: 今日の
StreamGreetingsを、namesが5件ではなく数万件あるケースに拡張し、受信側がcount == 2ではなく「ランダムなタイミングで購読解除する複数のクライアント」をシミュレートしてみましょう。sync.WaitGroupとruntime.NumGoroutine()を組み合わせ、全クライアントが購読解除した後にgoroutine数がベースラインに戻ることをテストコードとして自動化すると、goleakが内部でやっていることに近い体験になります。 - 次回予告: ミドルウェア設計パターン —
http.Handlerのチェーン設計を扱います