Go语言 —— Go Context

我会带着你远行 2022-05-12 02:46 324阅读 0赞

原文地址： [http://www.flysnow.org/2017/05/12/go-in-action-go-context.html][http_www.flysnow.org_2017_05_12_go-in-action-go-context.html]

控制并发有两种经典的方式，一种是WaitGroup，另外一种就是Context，今天我就谈谈Context。

## 什么是WaitGroup ##

WaitGroup以前我们在并发的时候介绍过，它是一种控制并发的方式，它的这种方式是控制多个goroutine同时完成。

func main() {
    	var wg sync.WaitGroup
    
    	wg.Add(2)
    	go func() {
    		time.Sleep(2*time.Second)
    		fmt.Println("1号完成")
    		wg.Done()
    	}()
    	go func() {
    		time.Sleep(2*time.Second)
    		fmt.Println("2号完成")
    		wg.Done()
    	}()
    	wg.Wait()
    	fmt.Println("好了，大家都干完了，放工")
    }

一个很简单的例子，一定要例子中的2个goroutine同时做完，才算是完成，先做好的就要等着其他未完成的，所有的goroutine要都全部完成才可以。

这是一种控制并发的方式，这种尤其适用于，好多个goroutine协同做一件事情的时候，因为每个goroutine做的都是这件事情的一部分，只有全部的goroutine都完成，这件事情才算是完成，这是等待的方式。

在实际的业务种，我们可能会有这么一种场景：需要我们主动的通知某一个goroutine结束。比如我们开启一个后台goroutine一直做事情，比如监控，现在不需要了，就需要通知这个监控goroutine结束，不然它会一直跑，就泄漏了。

## chan通知 ##

我们都知道一个goroutine启动后，我们是无法控制他的，大部分情况是等待它自己结束，那么如果这个goroutine是一个不会自己结束的后台goroutine呢？比如监控等，会一直运行的。

这种情况化，一直傻瓜式的办法是全局变量，其他地方通过修改这个变量完成结束通知，然后后台goroutine不停的检查这个变量，如果发现被通知关闭了，就自我结束。

这种方式也可以，但是首先我们要保证这个变量在多线程下的安全，基于此，有一种更好的方式：chan + select 。

func main() {
    	stop := make(chan bool)
    
    	go func() {
    		for {
    			select {
    			case <-stop:
    				fmt.Println("监控退出，停止了...")
    				return
    			default:
    				fmt.Println("goroutine监控中...")
    				time.Sleep(2 * time.Second)
    			}
    		}
    	}()
    
    	time.Sleep(10 * time.Second)
    	fmt.Println("可以了，通知监控停止")
    	stop<- true
    	//为了检测监控过是否停止，如果没有监控输出，就表示停止了
    	time.Sleep(5 * time.Second)
    
    }

例子中我们定义一个`stop`的chan，通知他结束后台goroutine。实现也非常简单，在后台goroutine中，使用select判断`stop`是否可以接收到值，如果可以接收到，就表示可以退出停止了；如果没有接收到，就会执行`default`里的监控逻辑，继续监控，只到收到`stop`的通知。

有了以上的逻辑，我们就可以在其他goroutine种，给`stop` chan发送值了，例子中是在main goroutine中发送的，控制让这个监控的goroutine结束。

发送了`stop<- true`结束的指令后，我这里使用`time.Sleep(5 * time.Second)`故意停顿5秒来检测我们结束监控goroutine是否成功。如果成功的话，不会再有`goroutine监控中...`的输出了；如果没有成功，监控goroutine就会继续打印`goroutine监控中...`输出。

这种chan+select的方式，是比较优雅的结束一个goroutine的方式，不过这种方式也有局限性，如果有很多goroutine都需要控制结束怎么办呢？如果这些goroutine又衍生了其他更多的goroutine怎么办呢？如果一层层的无穷尽的goroutine呢？这就非常复杂了，即使我们定义很多chan也很难解决这个问题，因为goroutine的关系链就导致了这种场景非常复杂。

## 初识Context ##

上面说的这种场景是存在的，比如一个网络请求Request，每个Request都需要开启一个goroutine做一些事情，这些goroutine又可能会开启其他的goroutine。所以我们需要一种可以跟踪goroutine的方案，才可以达到控制他们的目的，这就是Go语言为我们提供的Context，称之为上下文非常贴切，它就是goroutine的上下文。

下面我们就使用Go Context重写上面的示例。

func main() {
    	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    	go func(ctx context.Context) {
    		for {
    			select {
    			case <-ctx.Done():
    				fmt.Println("监控退出，停止了...")
    				return
    			default:
    				fmt.Println("goroutine监控中...")
    				time.Sleep(2 * time.Second)
    			}
    		}
    	}(ctx)
    
    	time.Sleep(10 * time.Second)
    	fmt.Println("可以了，通知监控停止")
    	cancel()
    	//为了检测监控过是否停止，如果没有监控输出，就表示停止了
    	time.Sleep(5 * time.Second)
    
    }

重写比较简单，就是把原来的chan `stop` 换成Context，使用Context跟踪goroutine，以便进行控制，比如结束等。

`context.Background()` 返回一个空的Context，这个空的Context一般用于整个Context树的根节点。然后我们使用`context.WithCancel(parent)`函数，创建一个可取消的子Context，然后当作参数传给goroutine使用，这样就可以使用这个子Context跟踪这个goroutine。

在goroutine中，使用select调用`<-ctx.Done()`判断是否要结束，如果接受到值的话，就可以返回结束goroutine了；如果接收不到，就会继续进行监控。

那么是如何发送结束指令的呢？这就是示例中的`cancel`函数啦，它是我们调用`context.WithCancel(parent)`函数生成子Context的时候返回的，第二个返回值就是这个取消函数，它是`CancelFunc`类型的。我们调用它就可以发出取消指令，然后我们的监控goroutine就会收到信号，就会返回结束。

## Context控制多个goroutine ##

使用Context控制一个goroutine的例子如上，非常简单，下面我们看看控制多个goroutine的例子，其实也比较简单。

func main() {
    	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    	go watch(ctx,"【监控1】")
    	go watch(ctx,"【监控2】")
    	go watch(ctx,"【监控3】")
    
    	time.Sleep(10 * time.Second)
    	fmt.Println("可以了，通知监控停止")
    	cancel()
    	//为了检测监控过是否停止，如果没有监控输出，就表示停止了
    	time.Sleep(5 * time.Second)
    }
    
    func watch(ctx context.Context, name string) {
    	for {
    		select {
    		case <-ctx.Done():
    			fmt.Println(name,"监控退出，停止了...")
    			return
    		default:
    			fmt.Println(name,"goroutine监控中...")
    			time.Sleep(2 * time.Second)
    		}
    	}
    }

示例中启动了3个监控goroutine进行不断的监控，每一个都使用了Context进行跟踪，当我们使用`cancel`函数通知取消时，这3个goroutine都会被结束。这就是Context的控制能力，它就像一个控制器一样，按下开关后，所有基于这个Context或者衍生的子Context都会收到通知，这时就可以进行清理操作了，最终释放goroutine，这就优雅的解决了goroutine启动后不可控的问题。

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## Context接口 ##

Context的接口定义的比较简洁，我们看下这个接口的方法。

type Context interface {
    	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
    
    	Done() <-chan struct{}
    
    	Err() error
    
    	Value(key interface{}) interface{}
    }

这个接口共有4个方法，了解这些方法的意思非常重要，这样我们才可以更好的使用他们。

`Deadline`方法是获取设置的截止时间的意思，第一个返回式是截止时间，到了这个时间点，Context会自动发起取消请求；第二个返回值ok==false时表示没有设置截止时间，如果需要取消的话，需要调用取消函数进行取消。

`Done`方法返回一个只读的chan，类型为`struct{}`，我们在goroutine中，如果该方法返回的chan可以读取，则意味着parent context已经发起了取消请求，我们通过`Done`方法收到这个信号后，就应该做清理操作，然后退出goroutine，释放资源。

`Err`方法返回取消的错误原因，因为什么Context被取消。

`Value`方法获取该Context上绑定的值，是一个键值对，所以要通过一个Key才可以获取对应的值，这个值一般是线程安全的。

以上四个方法中常用的就是`Done`了，如果Context取消的时候，我们就可以得到一个关闭的chan，关闭的chan是可以读取的，所以只要可以读取的时候，就意味着收到Context取消的信号了，以下是这个方法的经典用法。

func Stream(ctx context.Context, out chan<- Value) error {
      	for {
      		v, err := DoSomething(ctx)
      		if err != nil {
      			return err
      		}
      		select {
      		case <-ctx.Done():
      			return ctx.Err()
      		case out <- v:
      		}
      	}
      }

Context接口并不需要我们实现，Go内置已经帮我们实现了2个，我们代码中最开始都是以这两个内置的作为最顶层的partent context，衍生出更多的子Context。

var (
    	background = new(emptyCtx)
    	todo       = new(emptyCtx)
    )
    
    func Background() Context {
    	return background
    }
    
    func TODO() Context {
    	return todo
    }

一个是`Background`，主要用于main函数、初始化以及测试代码中，作为Context这个树结构的最顶层的Context，也就是根Context。

一个是`TODO`,它目前还不知道具体的使用场景，如果我们不知道该使用什么Context的时候，可以使用这个。

他们两个本质上都是`emptyCtx`结构体类型，是一个不可取消，没有设置截止时间，没有携带任何值的Context。

type emptyCtx int
    
    func (*emptyCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {
    	return
    }
    
    func (*emptyCtx) Done() <-chan struct{} {
    	return nil
    }
    
    func (*emptyCtx) Err() error {
    	return nil
    }
    
    func (*emptyCtx) Value(key interface{}) interface{} {
    	return nil
    }

这就是`emptyCtx`实现Context接口的方法，可以看到，这些方法什么都没做，返回的都是nil或者零值。

## Context的继承衍生 ##

有了如上的根Context，那么是如何衍生更多的子Context的呢？这就要靠context包为我们提供的`With`系列的函数了。

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, val interface{}) Context

这四个`With`函数，接收的都有一个partent参数，就是父Context，我们要基于这个父Context创建出子Context的意思，这种方式可以理解为子Context对父Context的继承，也可以理解为基于父Context的衍生。

通过这些函数，就创建了一颗Context树，树的每个节点都可以有任意多个子节点，节点层级可以有任意多个。

`WithCancel`函数，传递一个父Context作为参数，返回子Context，以及一个取消函数用来取消Context。`WithDeadline`函数，和`WithCancel`差不多，它会多传递一个截止时间参数，意味着到了这个时间点，会自动取消Context，当然我们也可以不等到这个时候，可以提前通过取消函数进行取消。

`WithTimeout`和`WithDeadline`基本上一样，这个表示是超时自动取消，是多少时间后自动取消Context的意思。

`WithValue`函数和取消Context无关，它是为了生成一个绑定了一个键值对数据的Context，这个绑定的数据可以通过`Context.Value`方法访问到，后面我们会专门讲。

大家可能留意到，前三个函数都返回一个取消函数`CancelFunc`，这是一个函数类型，它的定义非常简单。

type CancelFunc func()

这就是取消函数的类型，该函数可以取消一个Context，以及这个节点Context下所有的所有的Context，不管有多少层级。

## WithValue传递元数据 ##

通过Context我们也可以传递一些必须的元数据，这些数据会附加在Context上以供使用。

var key string="name"
    
    func main() {
    	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    	//附加值
    	valueCtx:=context.WithValue(ctx,key,"【监控1】")
    	go watch(valueCtx)
    	time.Sleep(10 * time.Second)
    	fmt.Println("可以了，通知监控停止")
    	cancel()
    	//为了检测监控过是否停止，如果没有监控输出，就表示停止了
    	time.Sleep(5 * time.Second)
    }
    
    func watch(ctx context.Context) {
    	for {
    		select {
    		case <-ctx.Done():
    			//取出值
    			fmt.Println(ctx.Value(key),"监控退出，停止了...")
    			return
    		default:
    			//取出值
    			fmt.Println(ctx.Value(key),"goroutine监控中...")
    			time.Sleep(2 * time.Second)
    		}
    	}
    }

在前面的例子，我们通过传递参数的方式，把`name`的值传递给监控函数。在这个例子里，我们实现一样的效果，但是通过的是Context的Value的方式。

我们可以使用`context.WithValue`方法附加一对K-V的键值对，这里Key必须是等价性的，也就是具有可比性；Value值要是线程安全的。

这样我们就生成了一个新的Context，这个新的Context带有这个键值对，在使用的时候，可以通过`Value`方法读取`ctx.Value(key)`。

记住，使用WithValue传值，一般是必须的值，不要什么值都传递。

## Context 使用原则 ##

1.  不要把Context放在结构体中，要以参数的方式传递
2.  以Context作为参数的函数方法，应该把Context作为第一个参数，放在第一位。
3.  给一个函数方法传递Context的时候，不要传递nil，如果不知道传递什么，就使用context.TODO
4.  Context的Value相关方法应该传递必须的数据，不要什么数据都使用这个传递
5.  Context是线程安全的，可以放心的在多个goroutine中传递

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