Go标准库Context
Context 原理
-
Context 的调用应该是链式的，通过WithCancel，WithDeadline，WithTimeout或WithValue派生出新的 Context。当父 Context 被取消时，其派生的所有 Context 都将取消。
-
通过context.WithXXX都将返回新的 Context 和 CancelFunc。调用 CancelFunc 将取消子代，移除父代对子代的引用，并且停止所有定时器。未能调用 CancelFunc 将泄漏子代，直到父代被取消或定时器触发。go vet工具检查所有流程控制路径上使用 CancelFuncs。
遵循规则
遵循以下规则，以保持包之间的接口一致，并启用静态分析工具以检查上下文传播。
- 不要将 Contexts 放入结构体，相反context应该作为第一个参数传入，命名为ctx。 func DoSomething（ctx context.Context，arg Arg）error { // … use ctx … }
- 即使函数允许，也不要传入nil的 Context。如果不知道用哪种 Context，可以使用context.TODO()。
- 使用context的Value相关方法只应该用于在程序和接口中传递的和请求相关的元数据，不要用它来传递一些可选的参数
- 相同的 Context 可以传递给在不同的goroutine；Context 是并发安全的。
Golang中Context的使用场景
context在Go1.7之后就进入标准库中了。它主要的用处如果用一句话来说，是在于控制goroutine的生命周期。当一个计算任务被goroutine承接了之后，由于某种原因（超时，或者强制退出）我们希望中止这个goroutine的计算任务，那么就用得到这个Context了。
关于Context的四种结构，CancelContext,TimeoutContext,DeadLineContext,ValueContext的使用在这一篇快速掌握 Golang context 包已经说的很明白了。
本文主要来盘一盘golang中context的一些使用场景：
场景一：RPC调用
package main
import (
"context"
"sync"
"github.com/pkg/errors"
)
func Rpc(ctx context.Context, url string) error {
result := make(chan int)
err := make(chan error)
go func() {
// 进行RPC调用，并且返回是否成功，成功通过result传递成功信息，错误通过error传递错误信息
isSuccess := true
if isSuccess {
result <- 1
} else {
err <- errors.New("some error happen")
}
}()
select {
case <- ctx.Done():
// 其他RPC调用调用失败
return ctx.Err()
case e := <- err:
// 本RPC调用失败，返回错误信息
return e
case <- result:
// 本RPC调用成功，不返回错误信息
return nil
}
}
func main() {
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
// RPC1调用
err := Rpc(ctx, "http://rpc_1_url")
if err != nil {
return
}
wg := sync.WaitGroup{}
// RPC2调用
wg.Add(1)
go func(){
defer wg.Done()
err := Rpc(ctx, "http://rpc_2_url")
if err != nil {
cancel()
}
}()
// RPC3调用
wg.Add(1)
go func(){
defer wg.Done()
err := Rpc(ctx, "http://rpc_3_url")
if err != nil {
cancel()
}
}()
// RPC4调用
wg.Add(1)
go func(){
defer wg.Done()
err := Rpc(ctx, "http://rpc_4_url")
if err != nil {
cancel()
}
}()
wg.Wait()
}
当然我这里使用了waitGroup来保证main函数在所有RPC调用完成之后才退出。
在Rpc函数中，第一个参数是一个CancelContext, 这个Context形象的说，就是一个传话筒，在创建CancelContext的时候，返回了一个听声器（ctx）和话筒（cancel函数）。所有的goroutine都拿着这个听声器（ctx），当主goroutine想要告诉所有goroutine要结束的时候，通过cancel函数把结束的信息告诉给所有的goroutine。当然所有的goroutine都需要内置处理这个听声器结束信号的逻辑（ctx->Done()）。我们可以看Rpc函数内部，通过一个select来判断ctx的done和当前的rpc调用哪个先结束。
这个waitGroup和其中一个RPC调用就通知所有RPC的逻辑，其实有一个包已经帮我们做好了。errorGroup。具体这个errorGroup包的使用可以看这个包的test例子。
有人可能会担心我们这里的cancel()会被多次调用，context包的cancel调用是幂等的。可以放心多次调用。
我们这里不妨品一下，这里的Rpc函数，实际上我们的这个例子里面是一个“阻塞式”的请求，这个请求如果是使用http.Get或者http.Post来实现，实际上Rpc函数的Goroutine结束了，内部的那个实际的http.Get却没有结束。所以，需要理解下，这里的函数最好是“非阻塞”的，比如是http.Do，然后可以通过某种方式进行中断。比如像这篇文章Cancel http.Request using Context中的这个例子：
func httpRequest(
ctx context.Context,
client *http.Client,
req *http.Request,
respChan chan []byte,
errChan chan error
) {
req = req.WithContext(ctx)
tr := &http.Transport{}
client.Transport = tr
go func() {
resp, err := client.Do(req)
if err != nil {
errChan <- err
}
if resp != nil {
defer resp.Body.Close()
respData, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
if err != nil {
errChan <- err
}
respChan <- respData
} else {
errChan <- errors.New("HTTP request failed")
}
}()
for {
select {
case <-ctx.Done():
tr.CancelRequest(req)
errChan <- errors.New("HTTP request cancelled")
return
case <-errChan:
tr.CancelRequest(req)
return
}
}
}
它使用了http.Client.Do，然后接收到ctx.Done的时候，通过调用transport.CancelRequest来进行结束。
我们还可以参考net/dail/DialContext
换而言之，如果你希望你实现的包是“可中止/可控制”的，那么你在你包实现的函数里面，最好是能接收一个Context函数，并且处理了Context.Done。
场景二：PipeLine
pipeline模式就是流水线模型，流水线上的几个工人，有n个产品，一个一个产品进行组装。其实pipeline模型的实现和Context并无关系，没有context我们也能用chan实现pipeline模型。但是对于整条流水线的控制，则是需要使用上Context的。这篇文章Pipeline Patterns in Go的例子是非常好的说明。这里就大致对这个代码进行下说明。
runSimplePipeline的流水线工人有三个，lineListSource负责将参数一个个分割进行传输，lineParser负责将字符串处理成int64,sink根据具体的值判断这个数据是否可用。他们所有的返回值基本上都有两个chan，一个用于传递数据，一个用于传递错误。（<-chan string, <-chan error）输入基本上也都有两个值，一个是Context，用于传声控制的，一个是(in <-chan)输入产品的。
我们可以看到，这三个工人的具体函数里面，都使用switch处理了case <-ctx.Done()。这个就是生产线上的命令控制。
func lineParser(ctx context.Context, base int, in <-chan string) (
<-chan int64, <-chan error, error) {
...
go func() {
defer close(out)
defer close(errc)
for line := range in {
n, err := strconv.ParseInt(line, base, 64)
if err != nil {
errc <- err
return
}
select {
case out <- n:
case <-ctx.Done():
return
}
}
}()
return out, errc, nil
}
场景三：超时请求
我们发送RPC请求的时候，往往希望对这个请求进行一个超时的限制。当一个RPC请求超过10s的请求，自动断开。当然我们使用CancelContext，也能实现这个功能（开启一个新的goroutine，这个goroutine拿着cancel函数，当时间到了，就调用cancel函数）。
鉴于这个需求是非常常见的，context包也实现了这个需求：timerCtx。具体实例化的方法是 WithDeadline 和 WithTimeout。
具体的timerCtx里面的逻辑也就是通过time.AfterFunc来调用ctx.cancel的。
官方的例子：
package main
import (
"context"
"fmt"
"time"
)
func main() {
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 50*time.Millisecond)
defer cancel()
select {
case <-time.After(1 * time.Second):
fmt.Println("overslept")
case <-ctx.Done():
fmt.Println(ctx.Err()) // prints "context deadline exceeded"
}
}
在http的客户端里面加上timeout也是一个常见的办法
uri := "https://httpbin.org/delay/3"
req, err := http.NewRequest("GET", uri, nil)
if err != nil {
log.Fatalf("http.NewRequest() failed with '%s'\n", err)
}
ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Millisecond*100)
req = req.WithContext(ctx)
resp, err := http.DefaultClient.Do(req)
if err != nil {
log.Fatalf("http.DefaultClient.Do() failed with:\n'%s'\n", err)
}
defer resp.Body.Close()
在http服务端设置一个timeout如何做呢？
package main
import (
"net/http"
"time"
)
func test(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
time.Sleep(20 * time.Second)
w.Write([]byte("test"))
}
func main() {
http.HandleFunc("/", test)
timeoutHandler := http.TimeoutHandler(http.DefaultServeMux, 5 * time.Second, "timeout")
http.ListenAndServe(":8080", timeoutHandler)
}
我们看看TimeoutHandler的内部，本质上也是通过context.WithTimeout来做处理。
func (h *timeoutHandler) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
...
ctx, cancelCtx = context.WithTimeout(r.Context(), h.dt)
defer cancelCtx()
...
go func() {
...
h.handler.ServeHTTP(tw, r)
}()
select {
...
case <-ctx.Done():
...
}
}
场景四：HTTP服务器的request互相传递数据
context还提供了valueCtx的数据结构。
这个valueCtx最经常使用的场景就是在一个http服务器中，在request中传递一个特定值，比如有一个中间件，做cookie验证，然后把验证后的用户名存放在request中。
我们可以看到，官方的request里面是包含了Context的，并且提供了WithContext的方法进行context的替换。
package main
import (
"net/http"
"context"
)
type FooKey string
var UserName = FooKey("user-name")
var UserId = FooKey("user-id")
func foo(next http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
ctx := context.WithValue(r.Context(), UserId, "1")
ctx2 := context.WithValue(ctx, UserName, "yejianfeng")
next(w, r.WithContext(ctx2))
}
}
func GetUserName(context context.Context) string {
if ret, ok := context.Value(UserName).(string); ok {
return ret
}
return ""
}
func GetUserId(context context.Context) string {
if ret, ok := context.Value(UserId).(string); ok {
return ret
}
return ""
}
func test(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
w.Write([]byte("welcome: "))
w.Write([]byte(GetUserId(r.Context())))
w.Write([]byte(" "))
w.Write([]byte(GetUserName(r.Context())))
}
func main() {
http.Handle("/", foo(test))
http.ListenAndServe(":8080", nil)
}
在使用ValueCtx的时候需要注意一点，这里的key不应该设置成为普通的String或者Int类型，为了防止不同的中间件对这个key的覆盖。最好的情况是每个中间件使用一个自定义的key类型，比如这里的FooKey，而且获取Value的逻辑尽量也抽取出来作为一个函数，放在这个middleware的同包中。这样，就会有效避免不同包设置相同的key的冲突问题了。
为什么需要Context?
基本示例
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
var wg sync.WaitGroup
// 初始的例子
func worker() {
for {
fmt.Println("worker")
time.Sleep(time.Second)
}
// 如何接收外部命令实现退出
wg.Done()
}
func main() {
wg.Add(1)
go worker()
// 如何优雅的实现结束子goroutine
wg.Wait()
fmt.Println("over")
}
全局变量方式
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
var wg sync.WaitGroup
var exit bool
// 全局变量方式存在的问题：
// 1. 使用全局变量在跨包调用时不容易统一
// 2. 如果worker中再启动goroutine，就不太好控制了。
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) // sleep3秒以免程序过快退出
exit = true // 修改全局变量实现子goroutine的退出
wg.Wait()
fmt.Println("over")
}
通道方式
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
var wg sync.WaitGroup
// 管道方式存在的问题：
// 1. 使用全局变量在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
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")
}
官方版的方案
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")
}
Context初识
Go1.7加入了一个新的标准库context，它定义了Context类型，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。
对服务器传入的请求应该创建上下文，而对服务器的传出调用应该接受上下文。它们之间的函数调用链必须传递上下文，或者可以使用WithCancel、WithDeadline、WithTimeout或WithValue创建的派生上下文。当一个上下文被取消时，它派生的所有上下文也被取消。
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。具体签名如下：
type Context interface {
Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
Done() <-chan struct{}
Err() error
Value(key interface{}) interface{}
}
其中：
-
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，该方法仅用于传递跨API和进程间跟请求域的数据；
-
Background()和TODO() . Go内置两个函数：Background()和TODO()，这两个函数分别返回一个实现了Context接口的background和todo。我们代码中最开始都是以这两个内置的上下文对象作为最顶层的partent context，衍生出更多的子上下文对象。
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，没有设置截止时间，没有携带任何值的Context。 -
With系列函数
此外，context包中还定义了四个With系列函数。
WithCancel
WithCancel的函数签名如下：
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，将关闭返回上下文的Done通道，无论先发生什么情况。
取消此上下文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
WithDeadline的函数签名如下：
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。
取消此上下文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 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。 因为ctx50秒后就过期，所以ctx.Done()会先接收到值，上面的代码会打印ctx.Err()取消原因。
WithTimeout
WithTimeout的函数签名如下：
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
WithTimeout返回WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))。
取消此上下文将释放与其相关的资源，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，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")
}
WithValue
WithValue函数能够将请求作用域的数据与 Context 对象建立关系。声明如下：
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。为了避免在分配给interface{}时进行分配，上下文键通常具有具体类型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")
}
使用Context的注意事项
- 推荐以参数的方式显示传递Context
- 以Context作为参数的函数方法，应该把Context作为第一个参数。
- 给一个函数方法传递Context的时候，不要传递nil，如果不知道传递什么，就使用context.TODO()
- Context的Value相关方法应该传递请求域的必要数据，不应该用于传递可选参数
Context是线程安全的，可以放心的在多个goroutine中传递
客户端超时取消示例
调用服务端API时如何在客户端实现超时控制？
server端
// context_timeout/server/main.go
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"net/http"
"time"
)
// server端，随机出现慢响应
func indexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
number := rand.Intn(2)
if number == 0 {
time.Sleep(time.Second * 10) // 耗时10秒的慢响应
fmt.Fprintf(w, "slow response")
return
}
fmt.Fprint(w, "quick response")
}
func main() {
http.HandleFunc("/", indexHandler)
err := http.ListenAndServe(":8000", nil)
if err != nil {
panic(err)
}
}
client端
// context_timeout/client/main.go
package main
import (
"context"
"fmt"
"io/ioutil"
"net/http"
"sync"
"time"
)
// 客户端
type respData struct {
resp *http.Response
err error
}
func doCall(ctx context.Context) {
transport := http.Transport{
// 请求频繁可定义全局的client对象并启用长链接
// 请求不频繁使用短链接
DisableKeepAlives: true, }
client := http.Client{
Transport: &transport,
}
respChan := make(chan *respData, 1)
req, err := http.NewRequest("GET", "http://127.0.0.1:8000/", nil)
if err != nil {
fmt.Printf("new requestg failed, err:%v\n", err)
return
}
req = req.WithContext(ctx) // 使用带超时的ctx创建一个新的client request
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(1)
defer wg.Wait()
go func() {
resp, err := client.Do(req)
fmt.Printf("client.do resp:%v, err:%v\n", resp, err)
rd := &respData{
resp: resp,
err: err,
}
respChan <- rd
wg.Done()
}()
select {
case <-ctx.Done():
//transport.CancelRequest(req)
fmt.Println("call api timeout")
case result := <-respChan:
fmt.Println("call server api success")
if result.err != nil {
fmt.Printf("call server api failed, err:%v\n", result.err)
return
}
defer result.resp.Body.Close()
data, _ := ioutil.ReadAll(result.resp.Body)
fmt.Printf("resp:%v\n", string(data))
}
}
func main() {
// 定义一个100毫秒的超时
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Millisecond*100)
defer cancel() // 调用cancel释放子goroutine资源
doCall(ctx)
}