GO语言Context的作用

发布时间：2024年01月10日

文章目录

Context
Context各种使用方法
总结

Context

为什么需要Context

Go语言需要Context主要是为了在并发环境中有效地管理请求的上下文信息。Context提供了在函数之间传递取消信号、超时、截止时间等元数据的一种标准方式。

原因

取消操作：在并发环境中，当一个请求被取消或者超时时，需要有效地通知相关的协程停止正在进行的工作。使用Context可以通过传递取消信号来实现这一点。
超时控制：在一些场景下，限制操作执行的时间是很重要的。Context提供了一个统一的方式来处理超时，确保在规定的时间内完成操作，防止程序无限期地等待。
传递上下文信息： Context可以用于传递请求的元数据，例如请求的ID、用户信息等。这在跨多个函数调用的情况下非常有用，避免了在函数参数中传递大量的上下文信息。
协程之间的通信： Go语言中的协程（goroutine）是轻量级的线程，它们之间需要有效地通信。Context提供了一个标准的方式来传递信号和元数据，以便协程之间协同工作。
资源管理：在一些场景下，需要确保在函数执行完毕后释放相关的资源，不管函数是正常执行还是因为取消或超时而提前退出。Context可以帮助在正确的时机释放资源。
综上所述，Context是Go语言中处理并发、超时和取消等问题的一种优雅而一致的方式，使得代码更加健壮、可维护，并且更容易在不同的并发场景中工作。

多任务超时例子

我们都知道在go语言并发编程中，我们可以采用select来监听协程的的通道控制协程，但是如下面的这种情况仅仅凭借select就显得有些无能为力：

支持多级嵌套，父任务停止后，子任务自动停止
控制停止顺序，先停EFG 再停BCD 最后停A

目标1还好说，目标2好像就没那么灵活了，正式讨论context如何解决这些问题前，我们先看下常规context的使用

Context结构

context 包是 Go 语言中用于处理请求的上下文的标准库之一。它提供了一种在函数之间传递取消信号、超时和截止时间的机制。

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

Deadline()返回一个完成工作的截止时间，表示上下文应该被取消的时间。如果 ok==false 表示没有设置截止时间。
Done()返回一个 Channel，这个 Channel 会在当前工作完成时被关闭，表示上下文应该被取消。如果无法取消此上下文，则 Done 可能返回 nil。多次调用 Done 方法会返回同一个 Channel。
Err()返回 Context 结束的原因，它只会在 Done 方法对应的 Channel 关闭时返回非空值。如果 Context 被取消，会返回context.Canceled 错误；如果 Context 超时，会返回context.DeadlineExceeded错误。
Value()从 Context 中获取键对应的值。如果未设置 key 对应的值则返回 nil。以相同 key 多次调用会返回相同的结果。

另外，context 包中提供了两个创建默认上下文的函数：

// TODO 返回一个非 nil 但空的上下文。
// 当不清楚要使用哪种上下文或无可用上下文尚应使用 context.TODO。
func TODO() Context

// Background 返回一个非 nil 但空的上下文。
// 它不会被 cancel，没有值，也没有截止时间。它通常由 main 函数、初始化和测试使用，并作为处理请求的顶级上下文。
func Background() Context

还有四个基于父级创建不同类型上下文的函数：

// WithCancel 基于父级创建一个具有 Done channel 的 context
func WithCancel(parent Context) (Context, CancelFunc)

// WithDeadline 基于父级创建一个不晚于 d 结束的 context
func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc)

// WithTimeout 等同于 WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)

// WithValue 基于父级创建一个包含指定 key 和 value 的 context
func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

在后面会详细介绍这些不同类型 context 的用法。

Context各种使用方法

创建context

context包主要提供了两种方式创建context:

context.Backgroud()
context.TODO()

这两个函数其实只是互为别名，没有差别，官方给的定义是：

context.Background 是上下文的默认值，所有其他的上下文都应该从它衍生（Derived）出来。
context.TODO 应该只在不确定应该使用哪种上下文时使用；
所以在大多数情况下，我们都使用context.Background作为起始的上下文向下传递。

上面的两种方式是创建根context，不具备任何功能，具体实践还是要依靠context包提供的With系列函数来进行派生：

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

valueCtx

valueCtx结构体

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

func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {
    if c.key == key {
        return c.val
    }
    return c.Context.Value(key)
}

valueCtx利用一个Context类型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类型还携带一组键值对，也就是说这种context可以携带额外的信息。valueCtx实现了Value方法，用以在context链路上获取key对应的值，如果当前context上不存在需要的key,会沿着context链向上寻找key对应的值，直到根节点。

WithValue

我们日常在业务开发中都希望能有一个trace_id能串联所有的日志，这就需要我们打印日志时能够获取到这个trace_id，在python中我们可以用gevent.local来传递，在java中我们可以用ThreadLocal来传递，在Go语言中我们就可以使用Context来传递，通过使用WithValue来创建一个携带trace_id的context，然后不断透传下去，打印日志时输出即可，来看使用例子：

package main

import (
	"context"
	"fmt" // 我们需要使用fmt包中的Println()函数
	"strings"
	"time"

	"github.com/google/uuid"
)

const (
	KEY = "trace_id"
)

// 生成随机ID
func NewRequestID() string {
	return strings.Replace(uuid.New().String(), "-", "", -1)
}
// 生成携带值的context
func NewContextWithTraceID() context.Context {
	ctx := context.WithValue(context.Background(), KEY, NewRequestID())
	return ctx
}
//打印数据
func PrintLog(ctx context.Context, message string) {
	fmt.Printf("%s|info|trace_id=%s|%s", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"), GetContextValue(ctx, KEY), message)
}
// 获取context中的值
func GetContextValue(ctx context.Context, k string) string {
	v, ok := ctx.Value(k).(string)
	if !ok {
		return ""
	}
	return v
}

func ProcessEnter(ctx context.Context) {
	PrintLog(ctx, "Golang梦工厂")
}

func main() {
	ProcessEnter(NewContextWithTraceID())
}

结果

2024-01-10 18:55:03|info|trace_id=c4eeb76d427449fda52a4775ccbc0509|Golang梦工厂

cancelCtx

cancelCtx结构体

type cancelCtx struct {
    Context

    mu       sync.Mutex            // 同步锁，保护下面的所有字段
    done     chan struct{}         //惰性创建，由第一次取消调用关闭
    children map[canceler]struct{} // 在第一次取消调用时，设置为 nil
    err      error                 // 在第一次取消调用时设置为 non-nil 
}

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

跟valueCtx类似，cancelCtx中也有一个context变量作为父节点；变量done表示一个channel，用来表示传递关闭信号；children表示一个map，存储了当前context节点下的子节点；err用于存储错误信息表示任务结束的原因。

withCancel

日常业务开发中我们往往为了完成一个复杂的需求会开多个gouroutine去做一些事情，这就导致我们会在一次请求中开了多个goroutine确无法控制他们，这时我们就可以使用withCancel来衍生一个context传递到不同的goroutine中，当我想让这些goroutine停止运行，就可以调用cancel来进行取消。

package main

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

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	go Speak(ctx)
	time.Sleep(10 * time.Second)
	cancel()
	time.Sleep(1 * time.Second)
}

func Speak(ctx context.Context) {
	for range time.Tick(time.Second) {
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println("我要闭嘴了")
			return
		default:
			fmt.Println("balabalabalabala")
		}
	}
}

timerCtx

timerCtx是一种基于cancelCtx的context类型，从字面上就能看出，这是一种可以定时取消的context。

type timerCtx struct {
    cancelCtx
    timer *time.Timer // Under cancelCtx.mu.

    deadline time.Time
}

func (c *timerCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {
    return c.deadline, true
}

func (c *timerCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
    //将内部的cancelCtx取消
    c.cancelCtx.cancel(false, err)
    if removeFromParent {
        // Remove this timerCtx from its parent cancelCtx's children.
        removeChild(c.cancelCtx.Context, c)
    }
    c.mu.Lock()
    if c.timer != nil {
        取消计时器
        c.timer.Stop()
        c.timer = nil
    }
    c.mu.Unlock()
}

timerCtx内部使用cancelCtx实现取消，另外使用定时器timer和过期时间deadline实现定时取消的功能。timerCtx在调用cancel方法，会先将内部的cancelCtx取消，如果需要则将自己从cancelCtx祖先节点上移除，最后取消计时器。

WithDeadline

WithDeadline 用于设置一个绝对时间，表示在某个具体的时间点超时，例如 context.WithDeadline(parentContext, time.Now().Add(10 * time.Second)) 表示在当前时间的 10 秒后超时。

package main

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

func main() {
	HttpHandler()
}

func NewContextWithTimeout() (context.Context, context.CancelFunc) {
	return context.WithDeadline(context.Background(), time.Now().Add(10*time.Second))
}

func HttpHandler() {
	ctx, cancel := NewContextWithTimeout()
	defer cancel()
	deal(ctx)
}

func deal(ctx context.Context) {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		time.Sleep(1 * time.Second)
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println(ctx.Err())
			return
		default:
			fmt.Printf("deal time is %d\n", i)
		}
	}
}

WithTimeout

WithTimeout 用于设置一个相对时间，表示在多长时间后超时，例如 context.WithTimeout(parentContext, 5 * time.Second) 表示在 5 秒后超时。

package main

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

func main() {
	HttpHandler()
}

func NewContextWithTimeout() (context.Context, context.CancelFunc) {
	return context.WithTimeout(context.Background(), 3*time.Second)
}

func HttpHandler() {
	ctx, cancel := NewContextWithTimeout()
	defer cancel()
	deal(ctx)
}

func deal(ctx context.Context) {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		time.Sleep(1 * time.Second)
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println(ctx.Err())
			return
		default:
			fmt.Printf("deal time is %d\n", i)
		}
	}
}

总结

context主要用于父子任务之间的同步取消信号，本质上是一种协程调度的方式。另外在使用context时有两点值得注意：上游任务仅仅使用context通知下游任务不再需要，但不会直接干涉和中断下游任务的执行，由下游任务自行决定后续的处理操作，也就是说context的取消操作是无侵入的；context是线程安全的，因为context本身是不可变的（immutable），因此可以放心地在多个协程中传递使用。

文章来源:https://blog.csdn.net/studycodeday/article/details/135512193
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