Go语言Context(上下文)---goroutine上下文

参考:
https://www.flysnow.org/2017/05/12/go-in-action-go-context.html
http://c.biancheng.net/view/5714.html
https://www.liwenzhou.com/posts/Go/go_context/

关键点

通过关键词汇,实现快速理解,记忆目的

1、 协程创建好后,如何结束呢?:

  • 第一,自己业务运行完毕后,自己结束

    • sync.WatiGroup
  • 第二,其他地方,给协程发结束信号,协程收到结束信号后,自己结束

    • channel+select

    • context

2、context上下文其实就是goroutine上下文

3、context就是控制协程goroutine结束的方式,提供了4

从这篇文章<<Go语言并发简述>>中, 我们已经知道如何创建一个协程goroutine,

那么现在会出现一个问题:协程创建好,它自己去运行了,那么协程什么结束呢?
从结束方式的视角看,大概有几种吧:

  • 第一,自己业务运行完毕后,自己结束
  • 第二,其他地方,给协程发结束信号,协程收到结束信号后,自己结束
    • channel+select
    • context

1、等待组sync.WaitGroup方式

sync.WaitGroup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。

1.1、sync.WaitGroup的使用场景

比方说,有一个大的任务,为了提高性能,改成并发去做,需要将这个任务分割成n个独立的小任务,每个任务对应一个协程,这n个任务中,肯定有先完成的,有最后完成的,等n个任务都完成了,那么这个大的任务才算完成。
sync.WaitGroup就是保证所有小任务完成了,阻塞才结束,才可以继续进行别的业务

1.2、sync.WaitGroup不适合什么样的场景呢?

在实际的业务中,可能会存在一种场景:需要我们主动的发送一个特殊信号,告诉某一个goroutine结束,而不是让goroutine自己业务运行完后结束。

比方说,一个1G的大文件,通过10个协程分别传输100M, 其中某几个协程出问题了,已经结束运行了,而其他协程还在传输中,其实,这次任务已经失败了,这几个协程就没必要继续传输了,会造成内存泄露,此时,我们需要一种机制,来告诉协程,让协程主动结束。

sync.WaitGroup是不能实现这个要求的。

2、channel+select(通道+多路通道复用)

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,一个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 。

2.1、例子

假设有一批数据需要进行某种处理(比如打印输出),如果数据中存在不符合要求的数据值,就说明这批数据不符合要求,结束运行

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)

func main() {
    fmt.Printf("A、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())
    quit := make(chan bool)
    workForChan := make(chan int)

    data := []int{2,3,4,0,1,3,6,8,9}

    go func() {
        for   {
            select {
            case <- quit:
                fmt.Println("goroutine end")
                return
            case n := <- workForChan:
                fmt.Println("n = ", n)
            }
        }
    }()

    fmt.Printf("B、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())

    for _, d := range data {
        if d == 0 {
            quit <- true
            break
        }
        workForChan <- d
    }
    fmt.Printf("C、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Printf("D、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())

}


分析:

  • 第10行,打印出当前的协程数量

  • 第11,11行定义一个结束通道,一个工作通道

  • 第14行,准备的待测试数据

  • 第16-26行,开启运行一个协程,使用了select多通道复用,

    • 一个通道用于接收是否结束协程

    • 一个通道用于接收数据

  • 第28行,测试当前的协程数量

  • 第20-36行,遍历获取数据,对数据进行合理性校验,

    • 没有问题的话,就通过通道发送给协程,进行业务处理

    • 如果数据有问题的话,就给结束通道发送信号,告诉协程,可以进行结束清理工作了

  • 第37行,给协程发送结束通知后,查询当前的协程数量

  • 第38行,人工休息一下

  • 第39行,打印当前的协程数量

模拟了,在某种情况下,主动给协程发送信号,让协程主动结束运行,也就是说,控制了单个协程的结束。

主动给协程发送信号,让协程自己结束运行,避免了内存泄露

2.2、chan+select方式 不适合什么场景?或者说当有很多goroutine都需要控制结束怎么办呢?

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也很难优雅的解决这个问题,

因为goroutine的关系链就导致了这种场景非常复杂

3、初识context.Context

上面说的这种场景存在的,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上下文

因此,从业务逻辑角度看,会存在一组业务上有关系的goroutine, 为每一组都创建一个上下文,来管理这一组goroutine的结束

3.1、例子

模拟上面的情况,context控制多个协程的结束
不用关心代码实现的业务
这几个协程主要是打印输出
然后模拟,主协程里运行了2秒钟的业务,然后由于某种原因,需要给子协程发送信号,结束子协程的运行
其中,为了测试全面,go4协程不受context的控制

package main

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

//每隔一定时间,打印一次
func go1(ctx context.Context) {
    for {
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutine 1 end")
            return
        case <-time.NewTicker(time.Millisecond * 1000).C:
            fmt.Println("goroutine 1")
        }
    }
}

func go2(ctx context.Context) {
    for {
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutine 2 end")
            return
        case <-time.NewTicker(time.Millisecond * 2000).C:
            fmt.Println("goroutine 2")
        }
    }
}

// 启动2个协程
func go3(ctx context.Context) {
    go go3A(ctx)
    go go3B(ctx)
}

func go3A(ctx context.Context)  {
    for {
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutine 3a end")
            return
        case <-time.NewTicker(time.Millisecond * 2000).C:
            fmt.Println("goroutine 3a")
        }
    }
}

func go3B(ctx context.Context)  {
    for {
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutine 3b end")
            return
        case <-time.NewTicker(time.Millisecond * 1000).C:
            fmt.Println("goroutine 3b")
        }
    }
}

func go4()  {
    for {
        fmt.Println("other goroutine")
        time.Sleep(time.Second * 10)
    }
}

//main,也是一个协程方式运行,为主协程,其他都是子协程
func main() {
    //查看运行前,协程数量
    fmt.Printf("A、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

    //go1,go2,go3 受context管理
    go go1(ctx)
    go go2(ctx)
    // go3这个协程,创建2个子线程,会主动关闭
    go go3(ctx)

    go go4()

    // 休息是为了,等待前面的协程创建好
    time.Sleep(time.Millisecond * 500)
    fmt.Printf("B、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())

    // 这里是模拟业务,会在这里阻塞2秒钟,主main协程中运行了2秒钟的业务,然后让context控制的协程退出
    select {
    case <-time.After(time.Second * 2):
        fmt.Println("开始触发结束信号")
        cancel()
    }

    // 休息一下,context管理的协程全部关闭
    time.Sleep(time.Millisecond * 500)

    // 查看当前有多少个协程
    fmt.Printf("C、goroutine num=\t%d\n", runtime.NumGoroutine())
}

上面例子中,协程之间的关系是:

协程之间的关系

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()
ctx.Done()返回一个通道,此通道处于阻塞状态,直到收到context发送的信号

3.2、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cancel()就可以发出取消指令,然后协程中的ctx.Done()通道就会收到信号,然后就会执行case里的语句了。

image

3.3、注意一点

并不是context让协程关闭的,context只是发送信号,协程收到信号后自己决定要不要关闭

并不是context让协程关闭的,context只是发送信号,协程自己决定

3.4 稍微修改下代码,模拟一下上面的情况:

go3b函数,收到context发送的信号后,不再退出

将58行注释掉,这样协程不会退出了

协程收到context的信号后,没有关闭

协程收到context发送的信号后,

  • ctx.Done()通道不再阻塞

  • 执行case分支、

  • 协程自己决定要做什么业务(这里不在return了)

    协程收到context发送的信号,ctx.Done不在阻塞、执行case分支、自己决定是否要关闭

    最后显示,还剩3个协程 ,
    说明go3b协程,收到context发送信号后,协程并没有关闭

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