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深入Golang之context的用法詳解

context在Golang的1.7版本之前，是在包golang.org/x/net/context中的，但是后來發現其在很多地方都是需要用到的，所有在1.7開始被列入了Golang的標準庫。Context包專門用來簡化處理單個請求的多個goroutine之間與請求域的數據、取消信號、截止時間等相關操作，那么這篇文章就來看看其用法和實現原理。

源碼分析

首先我們來看一下Context里面核心的幾個數據結構：

Context interface

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

Deadline返回一個time.Time，是當前Context的應該結束的時間，ok表示是否有deadline。

Done方法在Context被取消或超時時返回一個close的channel,close的channel可以作為廣播通知，告訴給context相關的函數要停止當前工作然后返回。

Err方法返回context為什么被取消。

Value可以讓Goroutine共享一些數據，當然獲得數據是協程安全的。但使用這些數據的時候要注意同步，比如返回了一個map，而這個map的讀寫則要加鎖。

canceler interface

canceler interface定義了提供cancel函數的context：

type canceler interface {
  cancel(removeFromParent bool, err error)
  Done() -chan struct{}
}

其現成的實現有4個：

emptyCtx：空的Context，只實現了Context interface；
cancelCtx：繼承自Context并實現了cancelerinterface
timerCtx：繼承自cancelCtx，可以用來設置timeout；
valueCtx：可以儲存一對鍵值對；

繼承Context

context包提供了一些函數，協助用戶從現有的 Context 對象創建新的 Context 對象。這些Context對象形成一棵樹：當一個 Context對象被取消時，繼承自它的所有Context都會被取消。

Background是所有Context對象樹的根，它不能被取消，它是一個emptyCtx的實例：

var (
  background = new(emptyCtx)
)

func Background() Context {
  return background
}

生成Context的主要方法

WithCancel

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
  c := newCancelCtx(parent)
  propagateCancel(parent, c)
  return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

返回一個cancelCtx示例，并返回一個函數，可以在外層直接調用cancelCtx.cancel()來取消Context。

WithDeadline

func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc) {
  if cur, ok := parent.Deadline(); ok  cur.Before(deadline) {
    return WithCancel(parent)
  }
  c := timerCtx{
    cancelCtx: newCancelCtx(parent),
    deadline: deadline,
  }
  propagateCancel(parent, c)
  d := time.Until(deadline)
  if d = 0 {
    c.cancel(true, DeadlineExceeded) // deadline has already passed
    return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
  }
  c.mu.Lock()
  defer c.mu.Unlock()
  if c.err == nil {
    c.timer = time.AfterFunc(d, func() {
      c.cancel(true, DeadlineExceeded)
    })
  }
  return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

返回一個timerCtx示例，設置具體的deadline時間，到達 deadline的時候，后代goroutine退出。

WithTimeout

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
  return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}

和WithDeadline一樣返回一個timerCtx示例，實際上就是WithDeadline包了一層，直接傳入時間的持續時間，結束后退出。

WithValue

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}
}

WithValue對應valueCtx ，WithValue是在Context中設置一個 map，這個Context以及它的后代的goroutine都可以拿到map 里的值。

例子

Context的使用最多的地方就是在Golang的web開發中，在http包的Server中，每一個請求在都有一個對應的goroutine去處理。請求處理函數通常會啟動額外的goroutine用來訪問后端服務，比如數據庫和RPC服務。用來處理一個請求的goroutine通常需要訪問一些與請求特定的數據，比如終端用戶的身份認證信息、驗證相關的token、請求的截止時間。當一個請求被取消或超時時，所有用來處理該請求的 goroutine都應該迅速退出，然后系統才能釋放這些goroutine占用的資源。雖然我們不能從外部殺死某個goroutine，所以我就得讓它自己結束，之前我們用channel＋select的方式，來解決這個問題，但是有些場景實現起來比較麻煩，例如由一個請求衍生出的各個 goroutine之間需要滿足一定的約束關系，以實現一些諸如有效期，中止goroutine樹，傳遞請求全局變量之類的功能。

保存上下文

func middleWare(next http.Handler) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    ctx := context.WithValue(req.Context(),"key","value")
    next.ServeHTTP(w, req.WithContext(ctx))
  })
}

func handler(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
  value := req.Context().Value("value").(string)
  fmt.Fprintln(w, "value: ", value)
  return
}

func main() {
  http.Handle("/", middleWare(http.HandlerFunc(handler)))
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

我們可以在上下文中保存任何的類型的數據，用于在整個請求的生命周期去傳遞使用。

超時控制

func longRunningCalculation(timeCost int)chan string{
  result:=make(chan string)
  go func (){
  time.Sleep(time.Second*(time.Duration(timeCost)))
    result-"Done"
  }()
  return result
}

func jobWithTimeoutHandler(w http.ResponseWriter, r * http.Request){
  ctx,cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 3*time.Second)
  defer cancel()

  select{
  case -ctx.Done():
    log.Println(ctx.Err())
    return
  case result:=-longRunningCalculation(5):
    io.WriteString(w,result)
  }
  return
}


func main() {
  http.Handle("/", jobWithTimeoutHandler)
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

這里用一個timerCtx來控制一個函數的執行時間，如果超過了這個時間，就會被迫中斷，這樣就可以控制一些時間比較長的操作，例如io，RPC調用等等。

除此之外，還有一個重要的就是cancelCtx的實例用法，可以在多個goroutine里面使用，這樣可以實現信號的廣播功能，具體的例子我這里就不再細說了。

總結

context包通過構建樹型關系的Context，來達到上一層Goroutine能對傳遞給下一層Goroutine的控制?？梢詡鬟f一些變量來共享，可以控制超時，還可以控制多個Goroutine的退出。

據說在Google，要求Golang程序員把Context作為第一個參數傳遞給入口請求和出口請求鏈路上的每一個函數。這樣一方面保證了多個團隊開發的Golang項目能夠良好地協作，另一方面它是一種簡單的超時和取消機制，保證了臨界區數據在不同的Golang項目中順利傳遞。

所以善于使用context，對于Golang的開發，特別是web開發，是大有裨益的。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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