Go语言的Context妙用

1. Context是什么

简单来说， Context是Go 语言在 1.7 版本中引入的一个标准库的接口，其定义如下：

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

这个接口定义了四个方法：

• Deadline ： 设置 context.Context 被取消的时间，即截止时间；

• Done ： 返回一个 只读Channel，当Context被取消或者到达截止时间，这个 Channel 就会被关闭，表示Context的链路结束，多次调用 Done 方法会返回同一个 Channel

• Err ： 返回 context.Context 结束的原因，它只会在 Done 返回的 Channel 被关闭时才会返回非空的值，返回值有以下两种情况；

  • 如果是context.Context 被取消，返回 Canceled
  • 如果是context.Context 超时，返回 DeadlineExceeded

• Value --- 从 context.Context 中获取键对应的值，类似于Map的get方法，对于同一个context，多次调用 Value 并传入相同的 Key会返回相同的结果，如果没有对应的Key,则返回nil，键值对是通过WithValue方法写入的

2. Context创建

2.1 根Context创建

主要有以下两种方式创建根context

context.Backgroud()
context.TODO()

从源代码分析context.Background 和 context.TODO并没有太多的区别，都是用于创建根context，根context是一个空的context，不具备任何功能。但是一般情况下，如果当前函数没有上下文作为入参，我们都会使用 context.Background创建一个根context 作为起始的上下文向下传递

2.2 子Context创建

根context在创建之后，不具备任何的功能，为了让context在我们的程序中发挥作用，我们要依靠context包提供的With系列函数来进行派生

主要有以下几个派生函数：

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

基于当前context，每个with函数都会创建出一个新的context，这样类似于我们熟悉的树结构，当前context称为父context，派生出的新context称为子context。就像下面的context树结构： 通过根context，通过四个with系列方法可以派生出四种类型的context，每种context又可以通过同样的方式调用with系列方法继续向下派生新的context，整个结构像一棵树

3. Context有什么用

Context主要有两个用途，也是在项目中经常使用的

• 用于并发控制，控制协程的优雅退出
• 上下文的信息传递
  总的来说，Context就是用来在父子goroutine间进行值传递以及发送cancel信号的一种机

3.1 并发控制

对于一般的服务器而言，都是一致运行着的，等待接收来自客户端或者浏览器的请求做出响应，思考这样一种场景，后台微服务架构中，一般服务器在收到一个请求之后，如果逻辑复杂，不会在一个goroutine中完成，而是会创建出很多的goroutine共同完成这个请求，就像下面这种情况 有一个请求过来之后，先经过第一次rpc1调用，然后再到rpc2，后面创建执行两个rpc，rpc4里又有一次rpc调用rpc5，等所有 rpc 调用成功后，返回结果。假如在整个调用过程中，rpc1发生了错误，如果没有context存在的话，我们还是得等所有的rpc都执行完才能返回结果，这样其实浪费了不少时间，因为一旦出错，我们完全可以直接再rpc1这里就返回结果了，不用等到后续的rpc都执行完。假设我们在rpc1直接返回失败，不等后续的rpc继续执行，那么其实后续的rpc执行就是没有意义的，浪费计算和IO资源而已。再引入context之后，就可以很好的处理这个问题，在不需要子goroutine执行的时候，可以通过context通知子goroutine优雅的关闭

3.1.1 context.WithCancel

方法定义如下:

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

context.WithCancel 函数是一个取消控制函数，只需要一个context作为参数，能够从 context.Context 中衍生出一个新的子context和取消函数CancelFunc，通过将这个子context传递到新的goroutine中来控制这些goroutine的关闭，一旦我们执行返回的取消函数CancelFunc，当前上下文以及它的子上下文都会被取消，所有的 Goroutine 都会同步收到取消信号

使用示例：

package main

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

func main() {
   ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
   go Watch(ctx, "goroutine1")
   go Watch(ctx, "goroutine2")

   time.Sleep(6 * time.Second)   // 让goroutine1和goroutine2执行6s
   fmt.Println("end watching!!!")
   cancel()  // 通知goroutine1和goroutine2关闭
   time.Sleep(1 * time.Second)
}

func Watch(ctx context.Context, name string) {
   for {
      select {
      case <-ctx.Done():
         fmt.Printf("%s exit!\n", name) // 主goroutine调用cancel后，会发送一个信号到ctx.Done()这个channel，这里就会收到信息
         return
      default:
         fmt.Printf("%s watching...\n", name)
         time.Sleep(time.Second)
      }
   }
}

运行结果：

goroutine2 watching...
goroutine1 watching...
goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
goroutine2 watching...
goroutine1 watching...
goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
goroutine2 watching...
goroutine1 watching...
goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
end watching!!!
goroutine1 exit!
goroutine2 exit!

ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())派生出了一个带有返回函数cancel的ctx，并把它传入到子goroutine中，接下来在6s时间内，由于没有执行cancel函数，子goroutine将一直执行default语句，打印监控。6s之后，调用cancel，此时子goroutine会从ctx.Done()这个channel中收到消息，执行return结束

3.1.2 context.WithDeadline

方法定义如下：

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

context.WithDeadline也是一个取消控制函数，方法有两个参数，第一个参数是一个context，第二个参数是截止时间，同样会返回一个子context和一个取消函数CancelFunc。在使用的时候，没有到截止时间，我们可以通过手动调用CancelFunc来取消子context，控制子goroutine的退出，如果到了截止时间，我们都没有调用CancelFunc，子context的Done()管道也会收到一个取消信号，用来控制子goroutine退出

使用示例：

package main

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

func main() {
   ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(),time.Now().Add(4*time.Second)) // 设置超时时间4当前时间4s之后
   defer cancel()
   go Watch(ctx, "goroutine1")
   go Watch(ctx, "goroutine2")

   time.Sleep(6 * time.Second)   // 让goroutine1和goroutine2执行6s
   fmt.Println("end watching!!!")
}

func Watch(ctx context.Context, name string) {
   for {
      select {
      case <-ctx.Done():
         fmt.Printf("%s exit!\n", name) // 4s之后收到信号
         return
      default:
         fmt.Printf("%s watching...\n", name)
         time.Sleep(time.Second)
      }
   }
}

运行结果：

goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
goroutine2 watching...
goroutine1 watching...
goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
goroutine1 exit!
goroutine2 exit!
end watching!!!

我们并没有调用cancel函数，但是在过了4s之后，子groutine里ctx.Done()收到了信号，打印出exit，子goroutine退出，这就是WithDeadline派生子context的用法

3.1.3 context.WithTimeout

方法定义：

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

context.WithTimeout和context.WithDeadline的作用类似，都是用于超时取消子context，只是传递的第二个参数有所不同，context.WithTimeout传递的第二个参数不是具体时间，而是时间长度

使用示例：

package main

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

func main() {
   ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 4*time.Second)
   defer cancel()
   go Watch(ctx, "goroutine1")
   go Watch(ctx, "goroutine2")

   time.Sleep(6 * time.Second)   // 让goroutine1和goroutine2执行6s
   fmt.Println("end watching!!!")
}

func Watch(ctx context.Context, name string) {
   for {
      select {
      case <-ctx.Done():
         fmt.Printf("%s exit!\n", name) // 主goroutine调用cancel后，会发送一个信号到ctx.Done()这个channel，这里就会收到信息
         return
      default:
         fmt.Printf("%s watching...\n", name)
         time.Sleep(time.Second)
      }
   }
}

运行结果：

goroutine2 watching...
goroutine1 watching...
goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
goroutine2 watching...
goroutine1 watching...
goroutine1 watching...
goroutine2 watching...
goroutine1 exit!
goroutine2 exit!
end watching!!!

程序很简单，与上个context.WithDeadline的样例代码基本一样，只是改变了下派生context的方法为context.WithTimeout，具体体现在第二个参数不再是具体时间，而是变为了4s这个具体的时间长度，执行结果也是一样

3.1.4 context.WithValue

方法定义：

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

context.WithValu 函数从父context中创建一个子context用于传值，函数参数是父context，key，val键值对。返回一个context 项目中这个方法一般用于上下文信息的传递，比如请求唯一id，以及trace_id等，用于链路追踪以及配置透传

使用示例：

package main

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

func func1(ctx context.Context) {
   fmt.Printf("name is: %s", ctx.Value("name").(string))
}

func main() {
   ctx := context.WithValue(context.Background(), "name", "zhangsan")
   go func1(ctx)
   time.Sleep(time.Second)
}

运行结果：

name is: zhangsan

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