go语言context包功能及操作使用详解

Context包到底是干嘛用的？

我们会在用到很多东西的时候都看到context的影子，比如gin框架，比如grpc，这东西到底是做啥的？

大家都在用，没几个知道这是干嘛的，知其然而不知其所以然

原理说白了就是：

• 当前协程取消了，可以通知所有由它创建的子协程退出
• 当前协程取消了，不会影响到创建它的父级协程的状态
• 扩展了额外的功能：超时取消、定时取消、可以和子协程共享数据

context原理

这就是context包的核心原理，链式传递context，基于context构造新的context

什么时候应该使用 Context？

• 每一个 RPC 调用都应该有超时退出的能力，这是比较合理的 API 设计
• 不仅仅 是超时，你还需要有能力去结束那些不再需要操作的行为
• context.Context 是 Go 标准的解决方案
• 任何函数可能被阻塞，或者需要很长时间来完成的，都应该有个 context.Context

如何创建 Context？

在 RPC 开始的时候，使用 context.Background()

有些人把在 main() 里记录一个 context.Background()，然后把这个放到服务器的某个变量里，然后请求来了后从这个变量里继承 context。这么做是不对的。直接每个请求，源自自己的 context.Background() 即可。

如果你没有 context，却需要调用一个 context 的函数的话，用 context.TODO()

如果某步操作需要自己的超时设置的话，给它一个独立的 sub-context（如前面的例子）

主协程通知有子协程，子协程又有多个子协程

package main

import (

    "context"

    "fmt"

    "time"

)

func main() {

    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

    //缓冲通道预先放置10个消息

    messages := make(chan int, 10)

    defer close(messages)

    for i := 0; i < 10; i++ {

        messages <- i

    }

    //启动3个子协程消费messages消息

    for i := 1; i <= 3; i++ {

        go child(i, ctx, messages)

    }

    time.Sleep(3 * time.Second) //等待子协程接收一半的消息

    cancel() //结束前通知子协程

    time.Sleep(2 * time.Second) //等待所有的子协程输出

    fmt.Println("主协程结束")

}

//从messages通道获取信息，当收到结束信号的时候不再接收

func child(i int, ctx context.Context, messages <-chan int) {

    //基于父级的context建立context

    newCtx, _ := context.WithCancel(ctx)

    go childJob(i, "a", newCtx)

    go childJob(i, "b", newCtx)

Consume:

    for {

        time.Sleep(1 * time.Second)

        select {

        case <-ctx.Done():

            fmt.Printf("[%d]被主协程通知结束...\n", i)

            break Consume

        default:

            fmt.Printf("[%d]接收消息: %d\n", i, <-messages)

        }

    }

}

//任务

func childJob(parent int, name string, ctx context.Context) {

    for {

        time.Sleep(1 * time.Second)

        select {

        case <-ctx.Done():

            fmt.Printf("[%d-%v]被结束...\n", parent, name)

            return

        default:

            fmt.Printf("[%d-%v]执行\n", parent, name)

        }

    }

}

运行结果如下

可以看到，改成context包还是顺利的通过子协程退出了

主要修改了几个地方，再ctx向下传递

基于上层context再构建当前层级的context

监听context的退出信号，

这就是context包的核心原理，链式传递context，基于context构造新的context

context核心接口

type Context interface {

    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

    Done() <-chan struct{}

    Err() error

    Value(key interface{}) interface{}

}

 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。

emptyCtx结构体

实现了context接口，emptyCtx没有超时时间，不能取消，也不能存储额外信息，所以emptyCtx用来做根节点，一般用Background和TODO来初始化emptyCtx

Backgroud

通常用于主函数，初始化以及测试，作为顶层的context

context.Background()

TODO

不确定使用什么用context的时候才会使用

valueCtx结构体

type valueCtx struct{ Context key, val interface{} }

valueCtx利用Context的变量来表示父节点context，所以当前context继承了父context的所有信息

valueCtx还可以存储键值。

WithValue向context添加值

可以向context添加键值

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

    if key == nil {

        panic("nil key")

    }

    if !reflect.TypeOf(key).Comparable() {

        panic("key is not comparable")

    }

    return &valueCtx{parent, key, val}

}

添加键值会返回创建一个新的valueCtx子节点

Value向context取值

func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {

    if c.key == key {

        return c.val

    }

    return c.Context.Value(key)

}

可以用来获取当前context和所有的父节点存储的key

如果当前的context不存在需要的key，会沿着context链向上寻找key对应的值，直到根节点

示例

package main

import (

	"context"

	"fmt"

	"time"

)

func main() {

	ctx := context.WithValue(context.Background(), "name1", "root1")



	//第一层

	go func(parent context.Context) {

		ctx = context.WithValue(parent, "name2", "root2")

		//第二层

		go func(parent context.Context) {

			ctx = context.WithValue(parent, "name3", "root3")

			//第三层

			go func(parent context.Context) {

				//可以获取所有的父类的值

				fmt.Println(ctx.Value("name1"))

				fmt.Println(ctx.Value("name2"))

				fmt.Println(ctx.Value("name3"))

				//不存在

				fmt.Println(ctx.Value("name4"))

			}(ctx)

		}(ctx)

	}(ctx)

	time.Sleep(1 * time.Second)

	fmt.Println("end")

}

运行结果

可以看到，子context是可以获取所有父级设置过的key

WithCancel可取消的context

用来创建一个可取消的context，返回一个context和一个CancelFunc，调用CancelFunc可以触发cancel操作。

package main

import (

	"context"

	"fmt"

	"time"

)

func main() {

	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

	//第一层

	go func(parent context.Context) {

		ctx, _ := context.WithCancel(parent)

		//第二层

		go func(parent context.Context) {

			ctx, _ := context.WithCancel(parent)

			//第三层

			go func(parent context.Context) {

				waitCancel(ctx, 3)

			}(ctx)

			waitCancel(ctx, 2)

		}(ctx)

		waitCancel(ctx, 1)

	}(ctx)

	// 主线程给的结束时间

	time.Sleep(2 * time.Second)

	cancel() // 调用取消context

	time.Sleep(1 * time.Second)

}

func waitCancel(ctx context.Context, i int) {

	for {

		time.Sleep(time.Second)

		select {

		case <-ctx.Done():

			fmt.Printf("%d end\n", i)

			return

		default:

			fmt.Printf("%d do\n", i)

		}

	}

}

结果：

cancelCtx结构体

type cancelCtx struct {

    Context

    mu sync.Mutex

    done chan struct{}

    children map[canceler]struct{}

    err error

}

type canceler interface {

    cancel(removeFromParent bool, err error)

    Done() <-chan struct{}

}

WithDeadline-超时取消context

返回一个基于parent的可取消的context，并且过期时间deadline不晚于所设置时间d

WithTimeout-超时取消context

创建一个定时取消context，和WithDeadline差不多，WithTimeout是相对时间

timerCtx结构体

timerCtx是基于cancelCtx的context精英，是一种可以定时取消的context，过期时间的deadline不晚于所设置的时间d

示例：

package main

import (

	"context"

	"fmt"

	"time"

)

func main() {

	// 设置超时时间

	ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)

	//第一层

	go func(parent context.Context) {

		ctx, _ := context.WithCancel(parent)

		//第二层

		go func(parent context.Context) {

			ctx, _ := context.WithCancel(parent)

			//第三层

			go func(parent context.Context) {

				waitCancel(ctx, 3)

			}(ctx)

			waitCancel(ctx, 2)

		}(ctx)

		waitCancel(ctx, 1)

	}(ctx)



	<-ctx.Done()

	// 给时间调用end

	time.Sleep(time.Second)

}

func waitCancel(ctx context.Context, i int) {

	for {

		time.Sleep(time.Second)

		select {

		case <-ctx.Done():

			fmt.Printf("%d end\n", i)

			return

		default:

			fmt.Printf("%d do\n", i)

		}

	}

}

运行结果：

1 do

3 do

2 do

1 end

3 end

2 end

可以看到，虽然我们没有调用cancel方法，5秒后自动调用了，所有的子goroutine都已经收到停止信号

总结核心原理

• Done方法返回一个channel
• 外部通过调用<-channel监听cancel方法
• cancel方法会调用close(channel)
  
  当调用close方法的时候，所有的channel再次从通道获取内容，会返回零值和false

res,ok := <-done:

• 过期自动取消，使用了time.AfterFunc方法，到时调用cancel方法

  c.timer = time.AfterFunc(dur, func() {

   c.cancel(true, DeadlineExceeded)

  })