Go语言并发模型：使用 context

文章目录

1. 1. 简介
2. 2. 源码剖析
3. 3. 主要结构
4. 4. 主要方法
5. 5. 使用原则
6. 6. 使用示例
7. 7. 官方示例
   1. 7.1. func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
   2. 7.2. func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)
   3. 7.3. func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
   4. 7.4. func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

简介

在 Go http包的Server中，每一个请求都有一个对应的 goroutine 去处理。请求处理函数通常会启动额外的 goroutine 用来访问后端服务，比如数据库和RPC服务。用来处理一个请求的 goroutine 通常需要访问一些与请求特定的数据，比如终端用户的身份认证信息、验证相关的token、请求的截止时间。 当一个请求被取消或超时时，所有用来处理该请求的 goroutine 都应该迅速退出，然后系统才能释放这些 goroutine 占用的资源。

在Google 内部，我们开发了 Context 包，专门用来简化对于处理单个请求的多个 goroutine 之间与请求域的数据、取消信号、截止时间等相关操作，这些操作可能涉及多个 API 调用。

源码剖析

context.Context 接口

context 包的核心

//  context 包里的方法是线程安全的，可以被多个 goroutine 使用    
type Context interface {               
    // 当Context 被 canceled 或是 times out 的时候，Done 返回一个被 closed 的channel      
    Done() <-chan struct{}        

    // 在 Done 的 channel被closed 后， Err 代表被关闭的原因   
    Err() error 

    // 如果存在，Deadline 返回Context将要关闭的时间  
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

    // 如果存在，Value 返回与 key 相关了的值，不存在返回 nil  
    Value(key interface{}) interface{}
}

我们不需要手动实现这个接口，context 包已经给我们提供了两个，一个是 Background()，一个是 TODO()，这两个函数都会返回一个 Context 的实例。只是返回的这两个实例都是空 Context。

主要结构

cancelCtx 结构体继承了 Context ，实现了 canceler 方法：

//*cancelCtx 和 *timerCtx 都实现了canceler接口，实现该接口的类型都可以被直接canceled
type canceler interface {
    cancel(removeFromParent bool, err error)
    Done() <-chan struct{}
}        

type cancelCtx struct {
    Context
    done chan struct{} // closed by the first cancel call.
    mu       sync.Mutex
    children map[canceler]bool // set to nil by the first cancel call
    err      error             // 当其被cancel时将会把err设置为非nil
}

func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {
    return c.done
}

func (c *cancelCtx) Err() error {
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    return c.err
}

func (c *cancelCtx) String() string {
    return fmt.Sprintf("%v.WithCancel", c.Context)
}

//核心是关闭c.done
//同时会设置c.err = err, c.children = nil
//依次遍历c.children，每个child分别cancel
//如果设置了removeFromParent，则将c从其parent的children中删除
func (c *cancelCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
    if err == nil {
        panic("context: internal error: missing cancel error")
    }
    c.mu.Lock()
    if c.err != nil {
        c.mu.Unlock()
        return // already canceled
    }
    c.err = err
    close(c.done)
    for child := range c.children {
        // NOTE: acquiring the child's lock while holding parent's lock.
        child.cancel(false, err)
    }
    c.children = nil
    c.mu.Unlock()

    if removeFromParent {
        removeChild(c.Context, c) // 从此处可以看到 cancelCtx的Context项是一个类似于parent的概念
    }
}

timerCtx 结构继承 cancelCtx

type timerCtx struct {
    cancelCtx //此处的封装为了继承来自于cancelCtx的方法，cancelCtx.Context才是父亲节点的指针
    timer *time.Timer // Under cancelCtx.mu. 是一个计时器
    deadline time.Time
}

valueCtx 结构继承 cancelCtx

type valueCtx struct {
    Context
    key, val interface{}
}

主要方法

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
func WithValue(parent Context, key interface{}, val interface{}) Context

• WithCancel 对应的是 cancelCtx ,其中，返回一个 cancelCtx ，同时返回一个 CancelFunc，CancelFunc 是 context 包中定义的一个函数类型：type CancelFunc func()。调用这个 CancelFunc 时，关闭对应的c.done，也就是让他的后代goroutine退出。

• WithDeadline 和 WithTimeout 对应的是 timerCtx ，WithDeadline 和 WithTimeout 是相似的，WithDeadline 是设置具体的 deadline 时间，到达 deadline 的时候，后代 goroutine 退出，而 WithTimeout 简单粗暴，直接 return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))。

• WithValue 对应 valueCtx ，WithValue 是在 Context 中设置一个 map，拿到这个 Context 以及它的后代的 goroutine 都可以拿到 map 里的值。

详细 context 包源码解读:go源码解读

使用原则

不要把 Context 存在一个结构体当中，显式地传入函数。Context 变量需要作为第一个参数使用，一般命名为ctx

即使方法允许，也不要传入一个 nil 的 Context ，如果你不确定你要用什么 Context 的时候传一个 context.TODO

使用 context 的 Value 相关方法只应该用于在程序和接口中传递的和请求相关的元数据，不要用它来传递一些可选的参数

同样的 Context 可以用来传递到不同的 goroutine 中，Context 在多个goroutine 中是安全的

使用示例

package main

import (
    "fmt"
    "time"
    "golang.org/x/net/context"
)

// 模拟一个最小执行时间的阻塞函数
func inc(a int) int {
    res := a + 1                // 虽然我只做了一次简单的 +1 的运算,
    time.Sleep(1 * time.Second) // 但是由于我的机器指令集中没有这条指令,
    // 所以在我执行了 1000000000 条机器指令, 续了 1s 之后, 我才终于得到结果。B)
    return res
}

// 向外部提供的阻塞接口
// 计算 a + b, 注意 a, b 均不能为负
// 如果计算被中断, 则返回 -1
func Add(ctx context.Context, a, b int) int {
    res := 0
    for i := 0; i < a; i++ {
        res = inc(res)
        select {
        case <-ctx.Done():
            return -1
        default:
        }
    }
    for i := 0; i < b; i++ {
        res = inc(res)
        select {
        case <-ctx.Done():
            return -1
        default:
        }
    }
    return res
}

func main() {
    {
        // 使用开放的 API 计算 a+b
        a := 1
        b := 2
        timeout := 2 * time.Second
        ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), timeout)
        res := Add(ctx, 1, 2)
        fmt.Printf("Compute: %d+%d, result: %d\n", a, b, res)
    }
    {
        // 手动取消
        a := 1
        b := 2
        ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
        go func() {
            time.Sleep(2 * time.Second)
            cancel() // 在调用处主动取消
        }()
        res := Add(ctx, 1, 2)
        fmt.Printf("Compute: %d+%d, result: %d\n", a, b, res)
    }
}

官方示例

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)

package main

import (
	"context"
	"fmt"
)

func main() {
	// gen generates integers in a separate goroutine and
	// sends them to the returned channel.
	// The callers of gen need to cancel the context once
	// they are done consuming generated integers not to leak
	// the internal goroutine started by gen.
	gen := func(ctx context.Context) <-chan int {
		dst := make(chan int)
		n := 1
		go func() {
			for {
				select {
				case <-ctx.Done():
					return // returning not to leak the goroutine
				case dst <- n:
					n++
				}
			}
		}()
		return dst
	}

	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	defer cancel() // cancel when we are finished consuming integers

	for n := range gen(ctx) {
		fmt.Println(n)
		if n == 5 {
			break
		}
	}
}

func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	d := time.Now().Add(50 * time.Millisecond)
	ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), d)

	// Even though ctx will be expired, it is good practice to call its
	// cancelation function in any case. Failure to do so may keep the
	// context and its parent alive longer than necessary.
	defer cancel()

	select {
	case <-time.After(1 * time.Second):
		fmt.Println("overslept")
	case <-ctx.Done():
		fmt.Println(ctx.Err())
	}

}

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	// Pass a context with a timeout to tell a blocking function that it
	// should abandon its work after the timeout elapses.
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 50*time.Millisecond)
	defer cancel()

	select {
	case <-time.After(1 * time.Second):
		fmt.Println("overslept")
	case <-ctx.Done():
		fmt.Println(ctx.Err()) // prints "context deadline exceeded"
	}

}

func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

package main

import (
	"context"
	"fmt"
)

func main() {
	type favContextKey string

	f := func(ctx context.Context, k favContextKey) {
		if v := ctx.Value(k); v != nil {
			fmt.Println("found value:", v)
			return
		}
		fmt.Println("key not found:", k)
	}

	k := favContextKey("language")
	ctx := context.WithValue(context.Background(), k, "Go")

	f(ctx, k)
	f(ctx, favContextKey("color"))

}