Go语言类库-context

定义

context，中文译作“上下文”，准确说它是 goroutine 的上下文，包含 goroutine 的运行状态、环境、现场等信息。是一种并发安全在 goroutine 之间传递上下文信息，包括：取消信号、超时时间、截止时间、k-v 等的类型。

使用场景

context用来解决goroutine之前退出通知、元数据传递的功能的问题。

定时取消

可以通过WithDealine()和WithTimeout()来获得一个到达某个时间点取消当前goroutine以及子goroutine的context；当然也可以在上层调用返回的cancel方法取消子goroutine。

package main

func main(){
    ctx,cancel := WithTimeout(context.Background(),1*time.Second)
    defer cancel()
    res := process(ctx)
    fmt.Println(res)
}
func process(ctx context.Context)int{
    time.Sleep(3*time.Second)
    return 1
}

防止goroutine泄露

前面那个例子里，goroutine 还是会自己执行完，最后返回，只不过会多浪费一些系统资源。这里改编一个“如果不用 context 取消，goroutine 就会泄漏的例子”。

func main() {
	for n := range gen() {
		fmt.Println(n)
		if n == 5 {
			break
		}
	}
	// ……
}
func gen() <-chan int {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		var n int
		for {
			ch <- n
			n++
			time.Sleep(time.Second)
		}
	}()
	return ch
}

gen是一个可以生成无限整数的协程，但如果我只需要它产生的前 5 个数，那么就会发生 goroutine 泄漏。当 n == 5 的时候，直接 break 掉。那么 gen 函数的协程就会执行无限循环，永远不会停下来。发生了 goroutine 泄漏。

使用context优化：

func gen(ctx context.Context) <-chan int {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		var n int
		for {
			select {
			case <-ctx.Done():
				return
			case ch <- n:
				n++
				time.Sleep(time.Second)
			}
		}
	}()
	return ch
}

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	defer cancel() // 避免其他地方忘记 cancel，且重复调用不影响

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

增加一个 context，在 break 前调用 cancel 函数，取消 goroutine。gen 函数在接收到取消信号后，直接退出，系统回收资源。

传递共享数据

使用WithValue()可以往返回一个指协程，并且写入了一对key-value。

package main

import (
	"context"
	"fmt"
)

func main() {
	ctx := context.Background()
	process(ctx)

	ctx = context.WithValue(ctx, "traceId", "qcrao-2019")
	process(ctx)
}

func process(ctx context.Context) {
	traceId, ok := ctx.Value("traceId").(string)
	if ok {
		fmt.Printf("process over. trace_id=%s\n", traceId)
	} else {
		fmt.Printf("process over. no trace_id\n")
	}
}

注意事项

1. 不要将 Context 塞到结构体里。直接将 Context 类型作为函数的第一参数，而且一般都命名为 ctx。
2. 不要向函数传入一个 nil 的 context，如果你实在不知道传什么，标准库给你准备好了一个 context：todo。
3. 不要把本应该作为函数参数的类型塞到 context 中，context 存储的应该是一些共同的数据。例如：登陆的 session、cookie 等。
4. 同一个 context 可能会被传递到多个 goroutine，别担心，context 是并发安全的。

context底层原理

context是一个官方包，包中Context是一个接口包含Deadline(),Done(),Err(),value()四个方法；还有一个canceler接口，包含cancel()和Done()2个方法。cancelCtx结构体实现了canceler接口，可以通过WithCancel()方法返回一个cancelCtx对象和取消方法，调用取消方法可以关闭该channel的done channel。timerCtx结构体是基于cancelCtx的，只是多了一个time.Timer和一个deadline,WithDeadline()返回的conctext在未来什么时候会取消，WhithTimeout()调用了WithDeadline(),会把当前时间加上时间间隔。valueCtx也是一个结构体，有key和value两个字段，通过WithValue()方法可以创建一个context存放了key-value，且父节点是传入的context。查找context过程就是从子节点往上查找，直到key匹配上。

context接口

type Context interface {
	// 当 context 被取消或者到了 deadline，返回一个被关闭的 channel
	Done() <-chan struct{}

	// 在 channel Done 关闭后，返回 context 取消原因
	Err() error

	// 返回 context 是否会被取消以及自动取消时间（即 deadline）
	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

	// 获取 key 对应的 value
	Value(key interface{}) interface{}
}

Context 是一个接口，定义了 4 个方法，它们都是幂等的。也就是说连续多次调用同一个方法，得到的结果都是相同的。
Done() 返回一个 channel，可以表示 context 被取消的信号：当这个 channel 被关闭时，说明 context 被取消了。注意，这是一个只读的channel。 我们又知道，读一个关闭的 channel 会读出相应类型的零值。并且源码里没有地方会向这个 channel 里面塞入值。换句话说，这是一个 receive-only 的 channel。因此在子协程里读这个 channel，除非被关闭，否则读不出来任何东西。也正是利用了这一点，子协程从 channel 里读出了值（零值）后，就可以做一些收尾工作，尽快退出。
Err() 返回一个错误，表示 channel 被关闭的原因。例如是被取消，还是超时。
Deadline() 返回 context 的截止时间，通过此时间，函数就可以决定是否进行接下来的操作，如果时间太短，就可以不往下做了，否则浪费系统资源。当然，也可以用这个 deadline 来设置一个 I/O 操作的超时时间。
Value() 获取之前设置的 key 对应的 value。

canceler接口

type canceler interface {
	cancel(removeFromParent bool, err error)
	Done() <-chan struct{}
}

实现了上面定义的两个方法的 Context，就表明该 Context 是可取消的。源码中有两个类型实现了 canceler 接口：*cancelCtx 和 *timerCtx。注意是加了 * 号的，是这两个结构体的指针实现了 canceler 接口。

Context 接口设计成这个样子的原因：

• “取消”操作应该是建议性，而非强制性

caller 不应该去关心、干涉 callee 的情况，决定如何以及何时 return 是 callee 的责任。caller 只需发送“取消”信息，callee 根据收到的信息来做进一步的决策，因此接口并没有定义 cancel 方法。

• “取消”操作应该可传递

“取消”某个函数时，和它相关联的其他函数也应该“取消”。因此，Done() 方法返回一个只读的 channel，所有相关函数监听此 channel。一旦 channel 关闭，通过 channel 的“广播机制”，所有监听者都能收到。

emptyCtx结构体

emptyCtx是实现了context接口的结构体，不过其每个方法都返回零值。包内TODO和background就是返回emptyCtx的的对象。

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
}

cancelCtx结构体

cancelCtx结构体嵌套了context接口（也就是cancelCtx变量实现了context接口），同时他有Done()和cancel()两个成员方法，说明其实现了canceler接口。
c.done 是“懒汉式”创建，只有调用了 Done() 方法的时候才会被创建。再次说明，函数返回的是一个只读的 channel，而且没有地方向这个 channel 里面写数据。所以，直接调用读这个 channel，协程会被 block 住。一般通过搭配 select 来使用。一旦关闭，就会立即读出零值。
cancel() 方法的功能就是关闭 channel：c.done；递归地取消它的所有子节点；从父节点从删除自己。达到的效果是通过关闭 channel，将取消信号传递给了它的所有子节点。goroutine 接收到取消信号的方式就是 select 语句中的读 c.done 被选中。

type cancelCtx struct {
	Context

	// 保护之后的字段
	mu       sync.Mutex
	done     chan struct{}
	children map[canceler]struct{}
	err      error
}

通过WithCancel函数可以返回一个新的context和cancelFun，当cancelFun被调用或者父节点done channel被关闭，此context的done channel也会被关闭。

timerCtx结构体

timerCtx 基于 cancelCtx，只是多了一个 time.Timer 和一个 deadline。Timer 会在 deadline 到来时，自动取消 context。

type timerCtx struct {
	cancelCtx
	timer *time.Timer // Under cancelCtx.mu.

	deadline time.Time
}

WithDeadline()和WithTimeout()方法可以可以得到一个timerCtx的结构体对象。

valueCtx结构体

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

通过valueCtx函数创建一个valueCtx对象。

func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context {
	if key == nil {
		panic("nil key")
	}
	if !reflect.TypeOf(key).Comparable() {
		panic("key is not comparable")
	}
	return &valueCtx{parent, key, val}
}

value取值的过程，实际上是一个递归查找的过程：
它会顺着链路一直往上找，比较当前节点的 key 是否是要找的 key，如果是，则直接返回 value。否则，一直顺着 context 往前，最终找到根节点（一般是 emptyCtx），直接返回一个 nil。所以用 Value 方法的时候要判断结果是否为 nil。
因为查找方向是往上走的，所以，父节点没法获取子节点存储的值，子节点却可以获取父节点的值。
WithValue 创建 context 节点的过程实际上就是创建链表节点的过程。两个节点的 key 值是可以相等的，但它们是两个不同的 context 节点。查找的时候，会向上查找到最后一个挂载的 context 节点，也就是离得比较近的一个父节点 context。所以，整体上而言，用 WithValue 构造的其实是一个低效率的链表。