Go - Context: 信息穿透上下文

使用场景

• 上下文传递信息(request-scoped)，比如处理http请求、在请求处理链路上传递信息;
• 控制子goroutine的运行;
• 超时控制的方法调用(timeout);
• 可以取消的方法调用(calcel);

结构和方法

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

Context接口具体实现包括 4 个方法，分别是 Deadline、Done、Err 和 Value

• Deadline 方法会返回这个 Context 被取消的截止日期。如果没有设置截止日期，ok 的值是 false。后续每次调用这个对象的 Deadline 方法时，都会返回和第一次调用相同的结果。
• Done 方法返回一个 Channel 对象。在 Context 被取消时，此 Channel 会被 close，如果没被取消，可能会返回 nil。后续的 Done 调用总是返回相同的结果。当 Done 被 close 的时候，可以通过 ctx.Err 获取错误信息。Done 这个方法名其实起得并不好，因为名字太过笼统，不能明确反映 Done 被 close 的原因，因为 cancel、timeout、deadline 都可能导致 Done 被 close，不过，目前还没有一个更合适的方法名称。
  关于 Done 方法，必须要记住的知识点就是：如果 Done 没有被 close，Err 方法返回 nil；如果 Done 被 close，Err 方法会返回 Done 被 close 的原因。
• Value 返回此 ctx 中和指定的 key 相关联的 value。

约定俗成规则

1. 一般函数使用 Context 的时候，会把这个参数放在第一个参数的位置。
2. 从来不把 nil 当做 Context 类型的参数值，可以使用 context.Background() 创建一个空的上下文对象，也不要使用 nil。
3. Context 只用来临时做函数之间的上下文透传，不能持久化 Context 或者把 Context 长久保存。把 Context 持久化到数据库、本地文件或者全局变量、缓存中都是错误的用法。
4. key 的类型不应该是字符串类型或者其它内建类型，否则容易在包之间使用 Context 时候产生冲突。
5. 使用 WithValue 时，key 的类型应该是自己定义的类型。常常使用 struct{}作为底层类型定义 key 的类型。对于 exported key 的静态类型，常常是接口或者指针。这样可以尽量减少内存分配。

创建常用Context方法

Context 中实现了 2 个常用的生成顶层 Context 的方法。

• context.Background()：返回一个非 nil 的、空的 Context，没有任何值，不会被 cancel，不会超时，没有截止日期。一般用在主函数、初始化、测试以及创建根 Context 的时候。
• context.TODO()：返回一个非 nil 的、空的 Context，没有任何值，不会被 cancel，不会超时，没有截止日期。当不清楚是否该用 Context，或者目前还不知道要传递一些什么上下文信息的时候，就可以使用这个方法。
  
  代码实现上，1.14下两者源码一致。

var (
    background = new(emptyCtx)
    todo       = new(emptyCtx)
)

func Background() Context {
    return background
}

func TODO() Context {
    return todo
}

创建特殊用途Context方法

标准库中几种创建特殊用途 Context 的方法：WithValue、WithCancel、WithTimeout 和 WithDeadline

WithValue

WithValue 基于 parent Context 生成一个新的 Context，保存了一个 key-value 键值对。它常常用来传递上下文。WithValue 方法其实是创建了一个类型为 valueCtx 的 Context，它的类型定义如下：

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

它持有一个 key-value 键值对，还持有 parent 的 Context。它覆盖了 Value 方法，优先从自己的存储中检查这个 key，不存在的话会从 parent 中继续检查。

Go 标准库实现的 Context 还实现了链式查找。如果不存在，还会向 parent Context 去查找，如果 parent 还是 valueCtx 的话，还是遵循相同的原则：valueCtx 会嵌入 parent，所以还是会查找 parent 的 Value 方法的。

ctx = context.TODO()
ctx = context.WithValue(ctx, "key1", "0001")
ctx = context.WithValue(ctx, "key2", "0001")
ctx = context.WithValue(ctx, "key3", "0001")
ctx = context.WithValue(ctx, "key4", "0004")

fmt.Println(ctx.Value("key1"))

WithCancel

WithCancel 方法返回 parent 的副本，只是副本中的 Done Channel 是新建的对象，它的类型是 cancelCtx。

我们常常在一些需要主动取消长时间的任务时，创建这种类型的 Context，然后把这个 Context 传给长时间执行任务的 goroutine。当需要中止任务时，我们就可以 cancel 这个 Context，这样长时间执行任务的 goroutine，就可以通过检查这个 Context，知道 Context 已经被取消了。

WithCancel 返回值中的第二个值是一个 cancel 函数。

WithCancel 方法的实现代码

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
    c := newCancelCtx(parent)
    propagateCancel(parent, &c)// 把c朝上传播
    return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

// newCancelCtx returns an initialized cancelCtx.
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
    return cancelCtx{Context: parent}
}

代码中调用的 propagateCancel 方法会顺着 parent 路径往上找，直到找到一个 cancelCtx，或者为 nil。如果不为空，就把自己加入到这个 cancelCtx 的 child，以便这个 cancelCtx 被取消的时候通知自己。如果为空，会新起一个 goroutine，由它来监听 parent 的 Done 是否已关闭。

当这个 cancelCtx 的 cancel 函数被调用的时候，或者 parent 的 Done 被 close 的时候，这个 cancelCtx 的 Done 才会被 close。

cancel 是向下传递的，如果一个 WithCancel 生成的 Context 被 cancel 时，如果它的子 Context（也有可能是孙，或者更低，依赖子的类型）也是 cancelCtx 类型的，就会被 cancel，但是不会向上传递。parent Context 不会因为子 Context 被 cancel 而 cancel。

cancelCtx 被取消时，它的 Err 字段就是下面这个 Canceled 错误：

var Canceled = errors.New("context canceled")

WithTimeout

WithTimeout 其实是和 WithDeadline 一样，只不过一个参数是超时时间，一个参数是截止时间。超时时间加上当前时间，其实就是截止时间，因此，WithTimeout 的实现是：

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
    // 当前时间+timeout就是deadline
    return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}

WithDeadline

WithDeadline 会返回一个 parent 的副本，并且设置了一个不晚于参数 d 的截止时间，类型为 timerCtx（或者是 cancelCtx）。

如果它的截止时间晚于 parent 的截止时间，那么就以 parent 的截止时间为准，并返回一个类型为 cancelCtx 的 Context，因为 parent 的截止时间到了，就会取消这个 cancelCtx。

如果当前时间已经超过了截止时间，就直接返回一个已经被 cancel 的 timerCtx。否则就会启动一个定时器，到截止时间取消这个 timerCtx。

综合起来，timerCtx 的 Done 被 Close 掉，主要是由下面的某个事件触发的：

• 截止时间到了；
• cancel 函数被调用；
• parent 的 Done 被 close。

下面的代码是 WithDeadline 方法的实现：

func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc) {
    // 如果parent的截止时间更早，直接返回一个cancelCtx即可
    if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(d) {
        return WithCancel(parent)
    }
    c := &timerCtx{
        cancelCtx: newCancelCtx(parent),
        deadline:  d,
    }
    propagateCancel(parent, c) // 同cancelCtx的处理逻辑
    dur := time.Until(d)
    if dur <= 0 { //当前时间已经超过了截止时间，直接cancel
        c.cancel(true, DeadlineExceeded)
        return c, func() { c.cancel(false, Canceled) }
    }
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    if c.err == nil {
        // 设置一个定时器，到截止时间后取消
        c.timer = time.AfterFunc(dur, func() {
            c.cancel(true, DeadlineExceeded)
        })
    }
    return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

和 cancelCtx 一样，WithDeadline（WithTimeout）返回的 cancel 一定要调用，并且要尽可能早地被调用，这样才能尽早释放资源，不要单纯地依赖截止时间被动取消。正确的使用姿势是啥呢？我们来看一个例子。

func slowOperationWithTimeout(ctx context.Context) (Result, error) {
  ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 100*time.Millisecond)
  defer cancel() // 一旦慢操作完成就立马调用cancel
  return slowOperation(ctx)
}

总结

我们经常使用 Context 来取消一个 goroutine 的运行，这是 Context 最常用的场景之一，Context 也被称为 goroutine 生命周期范围（goroutine-scoped）的 Context，把 Context 传递给 goroutine。但是，goroutine 需要尝试检查 Context 的 Done 是否关闭了：

func main() {
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

    go func() {
        defer func() {
            fmt.Println("goroutine exit")
        }()

        for {
            select {
            case <-ctx.Done():
                return
            default:
                time.Sleep(time.Second)
            }
        }
    }()

    time.Sleep(time.Second)
    cancel()
    time.Sleep(2 * time.Second)
}

文章来源

<<极客时间>>Go 并发编程实战课11讲