为何偶发sync: negative WaitGroup counter panic？切片并发写入验证异常

问题场景 #

编写了一段验证切片并发写入行为的代码，运行时偶尔触发sync: negative WaitGroup counter的panic（非必现）；但将切片容量设置为大于2时，panic现象消失。

相关代码 #

func main() {
    for i := 0; i < 10000; i++ {
                // 当容量>2时，panic消失
        b := make([]int, 2, 2) 
        b[0], b[1] = 0, 1

        wg := sync.WaitGroup{}
        wg.Add(1)
        go func() {
            b = append(b, 3)
            wg.Done()
        }()
        wg.Add(1)
        go func() {
            b = append(b, 4)
            wg.Done()
        }()
        wg.Wait()
    }
}

错误信息 #

panic: sync: negative WaitGroup counter

goroutine 12821 [running]:
sync.(*WaitGroup).Add(0x0?, 0xc0000f4ba0?)
        /usr/local/go/src/sync/waitgroup.go:83 +0xda
sync.(*WaitGroup).Done(...)
        /usr/local/go/src/sync/waitgroup.go:108
main.main.func1()
        /Users/liushi/Projects/go/golang-demo/main.go:54 +0x97
created by main.main
        /Users/liushi/Projects/go/golang-demo/main.go:48 +0x11f

Process finished with the exit code 2

原因分析 #

这个panic的核心原因是栈上的切片扩容操作破坏了相邻WaitGroup的内存结构，具体过程如下：

1. 当使用make([]int,2,2)创建切片时，由于容量极小，Go编译器会将切片的底层数组分配在main函数的栈上，且与同栈帧的wg变量内存位置相邻。
2. goroutine执行append(b,3)时，因为切片容量不足触发扩容，需要将栈上的底层数组拷贝到堆上的新数组中。
3. 极端情况下，这个拷贝操作可能出现内存越界，直接破坏了相邻wg变量的内部结构（比如篡改了WaitGroup的计数器字段）。
4. 当被破坏的wg执行Done()时，内部计数器会被错误地修改为负数，触发sync: negative WaitGroup counter的panic。
5. 当切片容量设置为大于2时，Go会将切片底层数组直接分配在堆上，扩容时的拷贝操作不会影响栈上的wg变量，因此不会出现内存破坏的问题，panic也就消失了。

另外补充一点：WaitGroup是值类型，且其方法依赖内部的原子计数器，任何对其内存结构的非法修改都会导致不可预期的错误，这也是这类panic非必现的原因——只有当内存越界恰好命中WaitGroup的关键字段时才会触发。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Derrick