golang之context详解

为什么需要context
在go服务器中，对于每个请求的request都是在单独的goroutine中进行的，处理一个request也可能设计多个goroutine之间的交互，使用context可以使开发者方便的在这些goroutine里传递request相关的数据、取消goroutine的signal或截止日期
在并发程序中，由于超时、取消操作或者一些异常情况，往往需要进行抢占操作或者中断后续操作。熟悉channel的朋友应该都见过使用done channel来处理此类问题。比如以下这个例子：

func main() {
    messages := make(chan int, 10)
    done := make(chan bool)

    defer close(messages)
    // consumer
    go func() {
        ticker := time.NewTicker(1 * time.Second)
        for _ = range ticker.C {
            select {
            case <-done:
                fmt.Println("child process interrupt...")
                return
            default:
                fmt.Printf("send message: %d\n", <-messages)
            }
        }
    }()

    // producer
    for i := 0; i < 10; i++ {
        messages <- i
    }
    time.Sleep(5 * time.Second)
    close(done)
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("main process exit!")
}

上述例子中定义了一个buffer为0的channel done, 子协程运行着定时任务。如果主协程需要在某个时刻发送消息通知子协程中断任务退出，那么就可以让子协程监听这个done channel，一旦主协程关闭done channel，那么子协程就可以推出了，这样就实现了主协程通知子协程的需求。这很好，但是这也是有限的。
如果我们可以在简单的通知上附加传递额外的信息来控制取消：为什么取消，或者有一个它必须要完成的最终期限，更或者有多个取消选项，我们需要根据额外的信息来判断选择执行哪个取消选项。
考虑下面这种情况：假如主协程中有多个任务1, 2, …m，主协程对这些任务有超时控制；而其中任务1又有多个子任务1, 2, …n，任务1对这些子任务也有自己的超时控制，那么这些子任务既要感知主协程的取消信号，也需要感知任务1的取消信号。
如果还是使用done channel的用法，我们需要定义两个done channel，子任务们需要同时监听这两个done channel。嗯，这样其实好像也还行哈。但是如果层级更深，如果这些子任务还有子任务，那么使用done channel的方式将会变得非常繁琐且混乱。
我们需要一种优雅的方案来实现这样一种机制：
上层任务取消后，所有的下层任务都会被取消；中间某一层的任务取消后，只会将当前任务的下层任务取消，而不会影响上层的任务以及同级任务。
这个时候context就派上用场了。我们首先看看context的结构设计和实现原理。
context接口
先看Context接口结构，看起来非常简单。

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

}
Context接口包含四个方法：
Deadline返回绑定当前context的任务被取消的截止时间；如果没有设定期限，将返回ok == false。
Done 当绑定当前context的任务被取消时，将返回一个关闭的channel；如果当前context不会被取消，将返回nil。
Err 如果Done返回的channel没有关闭，将返回nil;如果Done返回的channel已经关闭，将返回非空的值表示任务结束的原因。如果是context被取消，Err将返回Canceled；如果是context超时，Err将返回DeadlineExceeded。
Value 返回context存储的键值对中当前key对应的值，如果没有对应的key,则返回nil。
可以看到Done方法返回的channel正是用来传递结束信号以抢占并中断当前任务；Deadline方法指示一段时间后当前goroutine是否会被取消；以及一个Err方法，来解释goroutine被取消的原因；而Value则用于获取特定于当前任务树的额外信息。而context所包含的额外信息键值对是如何存储的呢？其实可以想象一颗树，树的每个节点可能携带一组键值对,如果当前节点上无法找到key所对应的值，就会向上去父节点里找，直到根节点。
emptyCtx
emptyCtx是一个int类型的变量，但实现了context的接口。emptyCtx没有超时时间，不能取消，也不能存储任何额外信息，所以emptyCtx用来作为context树的根节点。

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"
}

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

func Background() Context {
    return background
}

func TODO() Context {
    return todo
}

Background和TODO只是用于不同场景下： Background通常被用于主函数、初始化以及测试中，作为一个顶层的context，也就是说一般我们创建的context都是基于Background；而TODO是在不确定使用什么context的时候才会使用。
用法：

func doTimeOutStuff(ctx context.Context) {
    for {
        time.Sleep(1 * time.Second)
        //返回绑定当前context的任务被取消的截止时间；
        if deadline, ok := ctx.Deadline(); ok { //设置了deadl
            fmt.Println("deadline set")
            if time.Now().After(deadline) {
                fmt.Println(ctx.Err().Error())
                //return
            }

        }

        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("finish done")
            return
        default:
            fmt.Println("work")
        }
    }
}
//每1秒work一下，同时会判断ctx是否被取消了，如果是就退出
func doStuff(ctx context.Context) {
    for {
        time.Sleep(1 * time.Second)
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("finish done")
            return
        default:
            fmt.Println("work")
        }
    }
}

func timeHandler()  {
    ctx,cancel := context.WithDeadline(context.Background(),time.Now().Add(5 * time.Second))
    //go doStuff(ctx)
    go doTimeOutStuff(ctx)
    time.Sleep(3 * time.Second)
    cancel()
}