读完Golang源码之Context

基于源码Golang1.14.2

介绍

Go 1.7 标准库引入 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。

context 主要用来在 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。

context 用来解决 goroutine 之间退出通知、元数据传递的功能。

实现

包整体介绍

名称	类型	作用
Context	接口	定义了 Context 接口的四个方法
emptyCtx	结构体	实现了 Context 接口，它其实是个空的 context
CancelFunc	函数	取消函数
canceler	接口	context 取消接口，定义了两个方法
cancelCtx	结构体	可以被取消
timerCtx	结构体	超时会被取消
valueCtx	结构体	可以存储 k-v 对
Background	函数	返回一个空的 context，常作为根 context
TODO	函数	返回一个空的 context，常用于重构时期，没有合适的 context 可用
WithCancel	函数	基于父 context，生成一个可以取消的 context
newCancelCtx	函数	创建一个可取消的 context
propagateCancel	函数	向下传递 context 节点间的取消关系
parentCancelCtx	函数	找到第一个可取消的父节点
removeChild	函数	去掉父节点的孩子节点
init	函数	包初始化
WithDeadline	函数	创建一个有 deadline 的 context
WithTimeout	函数	创建一个有 timeout 的 context
WithValue	函数	创建一个存储 k-v 对的 context

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{}
}

emptyCtx

我们常使用的Background，TODO都是emptyCtx的实体：

var (
	background = new(emptyCtx)
	todo       = new(emptyCtx)
)

func Background() Context {
	return background
}

func TODO() Context {
	return todo
}

其实这两个值没有任何区别，不过官方建议Background()用于根目录也就是main.go，TODO用来作为填充值（任何你不知道填什么context的地方）
以下是emptyCtx对于Context的实现

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
}

func (e *emptyCtx) String() string {
	switch e {
	case background:
		return "context.Background"
	case todo:
		return "context.TODO"
	}
	return "unknown empty Context"
}

canceler 接口

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

由于Done接口是重复的，所以只要实现了cancel接口的ctx就实现了这个接口，其中cancelCtx和timerCtx就实现了

cancelCtx

type cancelCtx struct {
	Context

	mu       sync.Mutex            // protects following fields
	done     chan struct{}         // created lazily, closed by first cancel call
	children map[canceler]struct{} // set to nil by the first cancel call
	err      error                 // set to non-nil by the first cancel call
}

func (c *cancelCtx) Value(key interface{}) interface{} {
	if key == &cancelCtxKey {
		return c
	}
	return c.Context.Value(key)
}

func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {
	c.mu.Lock()
	if c.done == nil {
		c.done = make(chan struct{})
	}
	d := c.done
	c.mu.Unlock()
	return d
}

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
	if c.done == nil {
		c.done = closedchan
	} else {
		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)
	}
}
func removeChild(parent Context, child canceler) {
	p, ok := parentCancelCtx(parent)
	if !ok {
		return
	}
	p.mu.Lock()
	if p.children != nil {
		delete(p.children, child)
	}
	p.mu.Unlock()
}

cancelCtx通过实现Done和cancel以实现了canceler接口，说明cancelCtx是一个可以手动取消的上下文。
cacel：取消自身上下文，并把自身从上个context中移除。

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
	c := newCancelCtx(parent)
	propagateCancel(parent, &c)
	return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

// newCancelCtx returns an initialized cancelCtx.
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
	return cancelCtx{Context: parent}
}

func propagateCancel(parent Context, child canceler) {
	done := parent.Done()
	if done == nil {
		return // parent is never canceled
	}

	select {
	case <-done:
		// parent is already canceled
		child.cancel(false, parent.Err())
		return
	default:
	}

	if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {
		p.mu.Lock()
		if p.err != nil {
			// parent has already been canceled
			child.cancel(false, p.err)
		} else {
			if p.children == nil {
				p.children = make(map[canceler]struct{})
			}
			p.children[child] = struct{}{}
		}
		p.mu.Unlock()
	} else {
		atomic.AddInt32(&goroutines, +1)
		go func() {
			select {
			case <-parent.Done():
				child.cancel(false, parent.Err())
			case <-child.Done():
			}
		}()
	}
}

func propagateCancel(parent Context, child canceler) {
	done := parent.Done()
	if done == nil {
		return // parent is never canceled
	}

	select {
	case <-done:
		// parent is already canceled
		child.cancel(false, parent.Err())
		return
	default:
	}

	if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {
		p.mu.Lock()
		if p.err != nil {
			// parent has already been canceled
			child.cancel(false, p.err)
		} else {
			if p.children == nil {
				p.children = make(map[canceler]struct{})
			}
			p.children[child] = struct{}{}
		}
		p.mu.Unlock()
	} else {
		atomic.AddInt32(&goroutines, +1)
		go func() {
			select {
			case <-parent.Done():
				child.cancel(false, parent.Err())
			case <-child.Done():
			}
		}()
	}
}

parentCancelCtx：是获取父类时候是cancelCtx，如果是则返回本身，如果不是则不返回。
propagateCancel：如果父类是cancelCtx，则自己挂载上去，当父类取消时，自身也会取消。如果不是则启动一个写成来监听父类和自身的取消。

timerCtx

这有两种方式：

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
	return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}
func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc) {
	if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(d) {
		// The current deadline is already sooner than the new one.
		return WithCancel(parent)
	}
	c := &timerCtx{
		cancelCtx: newCancelCtx(parent),
		deadline:  d,
	}
	propagateCancel(parent, c)
	dur := time.Until(d)
	if dur <= 0 {
		c.cancel(true, DeadlineExceeded) // deadline has already passed
		return c, func() { c.cancel(false, Canceled) }
	}
	c.mu.Lock()
	defer c.mu.Unlock()
	if c.err == nil {
		c.timer = time.AfterFunc(dur, func() {
			c.cancel(true, DeadlineExceeded)
		})
	}
	return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

但其实WIthTimeout也是调用的WithDeadline，所以只有timerCtx这一种结构。这个接口比cancelCtx只是多了一个定时器，多了一种取消方式，其他都没变。

valueCtx

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

valueCtx是用来存数据的，数据格式为key-value。但是如果有多组key-value要书写成如下方式：

	c := context.Background()
	ctx := context.WithValue(c, "k1", "v1")
	ctx = context.WithValue(ctx, "k2", "v2")

使用套娃的方式来存储，且后添加的key可能会覆盖之前的key。非常不建议用context来存储数据。