Context初识、源码解析以及最佳实践

本篇文章将从Golang Context包的一些基本使用场景开始，逐步深入，从源码的角度来介绍一下Context的实现原理。最后会给出一些在使用Context时候的一些建议

初识Context

Context是Go1.7之后才出现的一个标准库，Context诞生的主要目的是为了协调多个Goroutine工作，这些协调工作包括：通信（传递消息）、同步、退出

使用Context实现通知退出

func main() {
    //为我们生成一个用于关闭的context以及关闭的方法
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    //将生成的context传入下一个groutine中
    go func(ctx context.Context) {
        for {
            select {
            case <-ctx.Done():
            fmt.Println("监控退出，停止了...")
            return
            default:
            fmt.Println("goroutine监控中...")
            time.Sleep(2 * time.Second)
            }
        }
    }(ctx)

    time.Sleep(10 * time.Second)
    fmt.Println("可以了，通知监控停止")
    cancel()
    //为了检测监控是否停止，如果没有监控输出，就表示停止了
    time.Sleep(2 * time.Second)

}

使用context实现超时控制

func main() {
    ctx,cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 3*time.Second)
    defer cancel()

    go read(ctx)
}
//Read方法从一个Channel中读取数据，如果读到了数据，就返回，如果在context规定的时间内没有读到，会直接返回空字符串
func read(ctx context.Context) string {
    select{
    case <-ctx.Done():
        return ""
    case a<-dataChannel:
        return a
    }
}

使用context实现goroutine之间的传值

type myContextKey string
var key myContextKey = "myKey"

func main() {
    ctx := context.WithValue(context.Background(), key, "我是要传入其他goroutine的值")
    go handle(ctx)
}
func handle(ctx context.Context){
    v := ctx.Value(key)
    if v != nil {
        fmt.println()
    }
}

Context原理解析

工作机制

由于各个Goroutine之间并没有显式的联系，对于Go来说每个Goroutine都是平等的，并没有父与子的概念，因此当遇到一些复杂的业务的时候，就难以处理，所以Go推出了Context机制来实现对Goroutine的管理。Context采用树结构来管理，第一个被创建的context为树的根节点，可以根据根节点派生出其他的实现context接口的对象，并将其向下传递至新创建的Goroutine，下游Goroutine可以继续派生并向下传递。就这样由一串实现了Context接口的对象构成的树将许多个Goroutine联系了起来。

Context核心接口与结构体

Context接口：是context中最为核心的接口，所有的context对象都要实现这个接口

type Context interface {
	//如果定义了超时控制，则返回的deadline为超时时间，ok为true。否则ok为false
	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
    //返回一个只读的channel，用于通知退出
	Done() <-chan struct{}
    //返回一个error，来说明退出通知发出的原因
	Err() error
    //根据特定的key来取得特定的值
	Value(key interface{}) interface{}
}

canceler接口：是具有通知关闭功能的context需要实现的一个拓展接口

type canceler interface {
    //用来向自己的context发送关闭通知，以及递归关闭自己的其他子context，removeFromParent标识关闭通知是否来源于自己的父context节点，err说明要发送关闭通知的原因
    cancel(removeFromParent bool, err error)
    Done() <-chan struct{}
}  

emptyCtx：该类型以最小程度实现了Context接口，是一个不具备任何功能，并且也不能被关闭的context，该类型存在的目的是作为context对象树的根节点。在Context包中，Golang已经为我们准备了两个emptyCtx的对象，分别是background与todo，我们可以调用方法Background()与TODO()获取到这两个对象，我们一般使用Background()

type emptyCtx int

//实现接口
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"
}

//预先定义了两个空的context对象
var (
	background = new(emptyCtx)
	todo       = new(emptyCtx)
)

func Background() Context {
	return background
}
func TODO() Context {
	return todo
}

Context的衍生

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc)
func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

以上的这四个方法用来从一个父context对象衍生出子context对象，我们可以看到前三个方法除了返回了衍生的context之外，还返回了一个CancelFunc方法，其实前三个方法返回的context对象，都实现了cancler接口，接下来我们来具体看一下返回的这个cancelFunc方法

//Golang中将CancelFunc定义为一个空参的方法
type CancelFunc func()

//以上衍生方法返回的CancelFunc实际上是由cancel加上参数以及调用对象构成，cancel方法用来关闭自身context，并递归关闭所有自己的所有子context
func (c *cancelCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
    if err == nil {
        panic("context: internal error: missing cancel error")
    }
    c.mu.Lock()
    if c.err != nil {
        c.mu.Unlock()
        return
    }
    c.err = err
    if c.done == nil {
        //说明已经关闭
        c.done = closedchan
    } else {
        close(c.done)
    }
    //递归关闭子context
    for child := range c.children {
        child.cancel(false, err)
    }
    c.children = nil
    c.mu.Unlock()
    //如果removeFromParent为true，会获取该context的父节点，并将自己从父节点的字节点列表中删除
    if removeFromParent {
        removeChild(c.Context, c)
    }
}

各个Contex衍生结构的详细分析

cancelCtx

type cancelCtx struct {
    //继承Context接口
    Context
    //锁，保证并发安全
    mu          sync.Mutex
    //用来通知退出的channel
    done        chan struct{}
    //用来存储子context，如果自身的context关闭则需要通知自己的所有子context也关闭
    children    map[canceler]struct{}
    //error功能跟之前一样，不再赘述
    err         error
}
//根据传入的父节点，派生出cancelContext
func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
    c := newCancelCtx(parent)
    //此方法的作用为，判断parent是否为cancelCtx或者timerCtx，如果是，就将新创建的context加到父context的字节点列表中去，否则就开始监听父context的Done()，如果监听到父context退出，则执行本context的退出方法
    propagateCancel(parent, &c)
    return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
	return cancelCtx{Context: parent}
}

timerCtx

WithTimeOut()与WithDeadLine()返回的都是timerCtx的实例

type timerCtx struct {
    //继承了cancelCtx这个struct
    cancelCtx
    //定时器，用于定时执行关闭context的操作
    timer *time.Timer
    //该context到期的时间
    deadline time.Time
}

//其中timerCtx相关的核心方法是WithDeadLine()，下面来看一下这个方法做了什么
func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc) {
    //首先判断父context是否拥有DeadLine，并且已经到时，如果是，就没有必要继续创建，直接返回一个cancelCtx
    if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(d) {
        return WithCancel(parent)
    }
    //创建timerCtx对象
    c := &timerCtx{
    cancelCtx: newCancelCtx(parent),
    deadline:  d,
    }
    //这个方法的作用在上一个cancelCtx的说明中提到过，不再赘述
    propagateCancel(parent, c)
    //根据传入的时间（DeadLine）获取从现在开始到到时时间一共还有多长时间，如果duration小于0，说明已经过期，将context关闭后返回
    dur := time.Until(d)
    if dur <= 0 {
    c.cancel(true, DeadlineExceeded)
    return c, func() { c.cancel(false, Canceled) }
    }
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    //如果没有错误，就开启一个计时器，到期后执行context的退出方法
    if c.err == nil {
        c.timer = time.AfterFunc(dur, func() {
            c.cancel(true, DeadlineExceeded)
        })
    }
    return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

//搞懂了WithDeadline方法，WithTimeout方法也就知道了，因为WithTimeout方法内部也是直接调用的WithDeadline方法
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
    return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}

valueCtx

有关于valueCtx的代码非常的简单，主要就有下面两个核心方法，方法内部具体做了什么一看就懂了，就不再赘述了

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

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}
}

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

关于使用Context时的一些建议与最佳实践

• Context要使用参数传递，不要把它作为一个属性放入结构体中
• 以Context作为参数的方法，应该把Context作为第一个参数
• 不要给一个Context参数传递nil，当你不需要Context但这个方法的参数里有Context的时候，就传Context.TODO()
• Context的Value必须传递必须的值，不要什么值都用Value来传递。Value应该用来传递一些请求范围值（比如说鉴权生成的用户ID、请求ID、用户IP），而不能是全局的（比如数据库连接）。每当你使用Context的Value的时候，你都应该告诉自己Context.Value要做的事情是通知而不是控制。最后你应该尝试尽量不要去用Value
• 所有可能阻塞或者长时间的操作都应该是可取消的