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标准包context的探索
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标准包context的探索

Tags
Golang
context
Goroutine
Published
April 3, 2024
Author
zhichao
Language
Go
Source

当我们使用goroutine的时候，我们怎样退出？

一、可以使用全局变量

package main

import (
	"fmt"
	"sync"

	"time"
)

var wg sync.WaitGroup
var exit bool

func worker() {
	for {
		fmt.Println("worker")
		time.Sleep(time.Second)
		if exit {
			break
		}
	}
	wg.Done()
}

func main() {
	wg.Add(1)
	go worker()
	time.Sleep(time.Second * 3) 
	exit = true                 
	wg.Wait()
	fmt.Println("over")
}

但是跨包调用时不容易统一，比较麻烦。

而且goroutine中再启动goroutine，不好控制，心智负担重。

二、可以使用channel

package main

import (
	"fmt"
	"sync"

	"time"
)

var wg sync.WaitGroup

func worker(exitChan chan struct{}) {
LOOP:
	for {
		fmt.Println("worker")
		time.Sleep(time.Second)
		select {
		case <-exitChan: // 等待接收上级通知
			break LOOP
		default:
		}
	}
	wg.Done()
}

func main() {
	var exitChan = make(chan struct{})
	wg.Add(1)
	go worker(exitChan)
	time.Sleep(time.Second * 3) // sleep3秒以免程序过快退出
	exitChan <- struct{}{}      // 给子goroutine发送退出信号
	close(exitChan)
	wg.Wait()
	fmt.Println("over")
}

还是头疼，跨包调用时不容易实现规范和统一，需要维护一个共用的channel

三、接下来就是context了

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"sync"

	"time"
)

var wg sync.WaitGroup

func worker(ctx context.Context) {
LOOP:
	for {
		fmt.Println("worker")
		time.Sleep(time.Second)
		select {
		case <-ctx.Done(): // 等待上级通知
			break LOOP
		default:
		}
	}
	wg.Done()
}

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	wg.Add(1)
	go worker(ctx)
	time.Sleep(time.Second * 3)
	cancel() // 通知子goroutine结束
	wg.Wait()
	fmt.Println("over")
}

当子goroutine又开启另外一个goroutine时，只需要将ctx传入即可：

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"sync"

	"time"
)

var wg sync.WaitGroup

func worker(ctx context.Context) {
	go worker2(ctx)
LOOP:
	for {
		fmt.Println("worker")
		time.Sleep(time.Second)
		select {
		case <-ctx.Done(): // 等待上级通知
			break LOOP
		default:
		}
	}
	wg.Done()
}

func worker2(ctx context.Context) {
LOOP:
	for {
		fmt.Println("worker2")
		time.Sleep(time.Second)
		select {
		case <-ctx.Done(): // 等待上级通知
			break LOOP
		default:
		}
	}
}
func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	wg.Add(1)
	go worker(ctx)
	time.Sleep(time.Second * 3)
	cancel() // 通知子goroutine结束
	wg.Wait()
	fmt.Println("over")
}

由此引出context，它专门用来简化 对于处理单个请求的多个 goroutine 之间与请求域的数据、取消信号、截止时间等相关操作，这些操作可能涉及多个 API 调用。

 

Context接口

context.context是一个接口，该接口定义了四个需要实现的方法：
type Context interface {
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
    Done() <-chan struct{}
    Err() error
    Value(key any) any
}
any就是空接口interface{}的别名，代表可以表示任何类型。
  • Deadline方法需要返回当前Context被取消的时间，也就是完成工作的截止时间（deadline）；
  • Done方法需要返回一个Channel，这个Channel会在当前工作完成或者上下文被取消之后关闭，多次调用Done方法会返回同一个Channel；
  • Err方法会返回当前Context结束的原因，它只会在Done返回的Channel被关闭时才会返回非空的值；
    • 如果当前Context被取消就会返回Canceled错误；
    • 如果当前Context超时就会返回DeadlineExceeded错误；
  • Value方法会从Context中返回键对应的值，对于同一个上下文来说，多次调用Value 并传入相同的Key会返回相同的结果。

BackGround（）和TODO（）

在context/context.go中,我们可以找到一个叫做emptyCtx的结构体。它实现了context接口的四个方法。
type emptyCtx struct{}

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 any) any {
	return nil
}
接着又定义了backgroundCtx 和 todoCtx 结构体，内嵌了emptyCtx，并有一个String（）方法，返回一个字符串，提示这个根是两者中的哪个。
type backgroundCtx struct{ emptyCtx }

func (backgroundCtx) String() string {
	return "context.Background"
}

type todoCtx struct{ emptyCtx }

func (todoCtx) String() string {
	return "context.TODO"
}
最后就是一个Background（）方法和一个TODO（）方法，返回这么一个上下文。
func Background() Context {
	return backgroundCtx{}
}

func TODO() Context {
	return todoCtx{}
}
 
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。
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。
background和todo本质上都是emptyCtx结构体类型，是一个不可取消，是一个Context但是没有设置截止时间，没有携带任何值。

With系列函数

此外，context包中还定义了四个With系列函数。
 

Withcancel

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
WithCancel返回带有新Done通道的父节点的副本。当调用返回的cancel函数或当关闭父上下文的Done通道时，将返回的上下文的Done通道关闭，无论先发生什么情况。
如果取消此上下文，则将释放与其关联的资源，因此代码应该在此上下文中运行的操作完成后立即调用cancel。
func gen(ctx context.Context) <-chan int {
		dst := make(chan int)
		n := 1
		go func() {
			for {
				select {
				case <-ctx.Done():
					return // return结束该goroutine，防止泄露
				case dst <- n:
					n++
				}
			}
		}()
		return dst
	}
func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	defer cancel() // 当我们取完需要的整数后调用cancel

	for n := range gen(ctx) {
		fmt.Println(n)
		if n == 5 {
			break
		}
	}
}
上面的示例代码中，gen函数在单独的goroutine中生成整数并将它们发送到返回的通道。 gen的调用者在使用生成的整数之后需要取消上下文，以免gen启动的内部goroutine发生泄漏。

WithDeadline

func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)
返回父上下文的副本，并将deadline调整为不迟于d。如果父上下文的deadline已经早于d，则WithDeadline(parent, d)在语义上等同于父上下文。当截止日过期时，当调用返回的cancel函数时，或者当父上下文的Done通道关闭时，返回上下文的Done通道将被关闭，以最先发生的情况为准。
func main() {
	d := time.Now().Add(50 * time.Millisecond)
	ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), d)

	// 尽管ctx会过期，但在任何情况下调用它的cancel函数都是很好的实践。
	// 如果不这样做，可能会使上下文及其父类存活的时间超过必要的时间。
	defer cancel()

	select {
	case <-time.After(1 * time.Second):
		fmt.Println("overslept")
	case <-ctx.Done():
		fmt.Println(ctx.Err())
	}
}
上面的代码中，定义了一个50毫秒之后过期的deadline，然后我们调用context.WithDeadline(context.Background(), d)得到一个上下文（ctx）和一个取消函数（cancel），然后使用一个select让主程序陷入等待：等待1秒后打印overslept退出或者等待ctx过期后退出。
在上面的示例代码中，因为ctx 50毫秒后就会过期，所以ctx.Done()会先接收到context到期通知，并且会打印ctx.Err()的内容。
 

WithTimeout

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
跟WithDeadline很像，通常用于数据库或者网络连接的超时控制。具体示例如下：
package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"sync"

	"time"
)

// context.WithTimeout

var wg sync.WaitGroup

func worker(ctx context.Context) {
LOOP:
	for {
		fmt.Println("db connecting ...")
		time.Sleep(time.Millisecond * 10) // 假设正常连接数据库耗时10毫秒
		select {
		case <-ctx.Done(): // 50毫秒后自动调用
			break LOOP
		default:
		}
	}
	fmt.Println("worker done!")
	wg.Done()
}

func main() {
	// 设置一个50毫秒的超时
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Millisecond*50)
	wg.Add(1)
	go worker(ctx)
	time.Sleep(time.Second * 5)
	cancel() // 通知子goroutine结束
	wg.Wait()
	fmt.Println("over")
}

//50ms完成下列输出
db connecting ...
db connecting ...
db connecting ...
db connecting ...
db connecting ...
worker done!

//5秒过后才输出
over
 

WithValue

 
WithValue函数能够将请求作用域的数据与 Context 对象建立关系 
func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context
WithValue返回父节点的副本，其中与key关联的值为val。
仅对API和进程间传递请求域的数据使用上下文值，而不是使用它来传递可选参数给函数。
所提供的键必须是可比较的，并且不应该是string类型或任何其他内置类型，以避免使用上下文在包之间发生冲突。WithValue的用户应该为键定义自己的类型。上下文键通常具有具体类型比如说struct{}。或者，导出的上下文关键变量的静态类型应该是指针或接口。
package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"sync"

	"time"
)

// context.WithValue

type TraceCode string

var wg sync.WaitGroup

func worker(ctx context.Context) {
	key := TraceCode("TRACE_CODE")
	traceCode, ok := ctx.Value(key).(string) // 在子goroutine中获取trace code
	if !ok {
		fmt.Println("invalid trace code")
	}
LOOP:
	for {
		fmt.Printf("worker, trace code:%s\n", traceCode)
		time.Sleep(time.Millisecond * 10) // 假设正常连接数据库耗时10毫秒
		select {
		case <-ctx.Done(): // 50毫秒后自动调用
			break LOOP
		default:
		}
	}
	fmt.Println("worker done!")
	wg.Done()
}

func main() {
	// 设置一个50毫秒的超时
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Millisecond*50)
	// 在系统的入口中设置trace code传递给后续启动的goroutine实现日志数据聚合
	ctx = context.WithValue(ctx, TraceCode("TRACE_CODE"), "12512312234")
	wg.Add(1)
	go worker(ctx)
	time.Sleep(time.Second * 5)
	cancel() // 通知子goroutine结束
	wg.Wait()
	fmt.Println("over")
}
输出结果如下：
//50ms输出如下
worker, trace code:12512312234
worker, trace code:12512312234
worker, trace code:12512312234
worker, trace code:12512312234
worker, trace code:12512312234
worker done!

//5秒钟后输出
over
 
还有一件事，Context是线程安全的，可以放心的在多个goroutine中传递
 
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