Golang Context

参考
Go语言实战笔记（二十）| Go Context
Golang context初探

一、WaitGroup
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")
}

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。

二、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。

三、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。
四、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。

五、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，第一个返回值是截止时间，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。

六、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。

七、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。

八、Context 使用原则
  • 不要把Context放在结构体中，要以参数的方式传递
  • 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。
  • 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
  • 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
  • Context是线程安全的，可以放心的在多个goroutine中传递
九、再来一个例子
package main

import (
    "context"
    "log"
    "net/http"
    _ "net/http/pprof"
    "time"
)

func main() {
    go http.ListenAndServe(":8989", nil)
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    go func() {
        time.Sleep(3 * time.Second)
        cancel()
    }()
    log.Println(A(ctx))
    select {}
}

func C(ctx context.Context) string {
    select {
    case <-ctx.Done():
        return "C Done"
    }
    return ""
}

func B(ctx context.Context) string {
    ctx, _ = context.WithCancel(ctx)
    go log.Println(C(ctx))
    select {
    case <-ctx.Done():
        return "B Done"
    }
    return ""
}

func A(ctx context.Context) string {
    go log.Println(B(ctx))
    select {
    case <-ctx.Done():
        return "A Done"
    }
    return ""
}
------------------------
2016/12/25 22:27:00 A Done
2016/12/25 22:27:00 C Done
2016/12/25 22:27:00 B Done

pprof截图，刚开始的时候：


image.png

A、B、C结束后：


image.png

我们用context.Background()来实例化一个context，然后调用WithCancel()方法来返回一个context和一个取消的方法，并在3秒后调用这个cancel方法关闭goroutine A、B、C。从程序的运行结果看，我们调用了一次cancel方法，子goroutine的ctx.Done()都收到了关闭信号。从pprof的截图也可以看到，从一开始有5个goroutine，到关闭后剩下两个，也就是A、B、C三个goroutine都已经关闭了。
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