Go 语言 context 都能做什么？

很多 Go 项目的源码，在读的过程中会发现一个很常见的参数 ctx，而且基本都是作为函数的第一个参数。

为什么要这么写呢？这个参数到底有什么用呢？带着这样的疑问，我研究了这个参数背后的故事。

开局一张图：

核心是 Context 接口：

// A Context carries a deadline, cancelation signal, and request-scoped values
// across API boundaries. Its methods are safe for simultaneous use by multiple
// goroutines.
type Context interface {
    // Done returns a channel that is closed when this Context is canceled
    // or times out.
    Done() <-chan struct{}

    // Err indicates why this context was canceled, after the Done channel
    // is closed.
    Err() error

    // Deadline returns the time when this Context will be canceled, if any.
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

    // Value returns the value associated with key or nil if none.
    Value(key interface{}) interface{}
}

包含四个方法：

• Done()：返回一个 channel，当 times out 或者调用 cancel 方法时。
• Err()：返回一个错误，表示取消 ctx 的原因。
• Deadline()：返回截止时间和一个 bool 值。
• Value()：返回 key 对应的值。

有四个结构体实现了这个接口，分别是：emptyCtx, cancelCtx, timerCtx 和 valueCtx。
其中 emptyCtx 是空类型，暴露了两个方法：

func Background() Context
func TODO() Context

一般情况下，会使用 Background() 作为根 ctx，然后在其基础上再派生出子 ctx。要是不确定使用哪个 ctx，就使用 TODO()。

另外三个也分别暴露了对应的方法

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

遵循规则

在使用 Context 时，要遵循以下四点规则：

1. 不要将 Context 放入结构体，而是应该作为第一个参数传入，命名为 ctx。
2. 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()。
3. 使用 Context 的 Value 相关方法只应该用于在程序和接口中传递和请求相关的元数据，不要用它来传递一些可选的参数。
4. 相同的 Context 可以传递给不同的 goroutine；Context 是并发安全的。

WithCancel

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)

WithCancel 返回带有新 Done 通道的父级副本。当调用返回的 cancel 函数或关闭父上下文的 Done 通道时，返回的 ctx 的 Done 通道将关闭。

取消此上下文会释放与其关联的资源，因此在此上下文中运行的操作完成后，代码应立即调用 cancel。

举个例子：

这段代码演示了如何使用可取消上下文来防止 goroutine 泄漏。在函数结束时，由 gen 启动的 goroutine 将返回而不会泄漏。

package main

import (
    "context"
    "fmt"
)

func main() {
    // gen generates integers in a separate goroutine and
    // sends them to the returned channel.
    // The callers of gen need to cancel the context once
    // they are done consuming generated integers not to leak
    // the internal goroutine started by gen.
    gen := func(ctx context.Context) <-chan int {
        dst := make(chan int)
        n := 1
        go func() {
            for {
                select {
                case <-ctx.Done():
                    return // returning not to leak the goroutine
                case dst <- n:
                    n++
                }
            }
        }()
        return dst
    }

    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    defer cancel() // cancel when we are finished consuming integers

    for n := range gen(ctx) {
        fmt.Println(n)
        if n == 5 {
            break
        }
    }
}

输出：

1
2
3
4
5

WithDeadline

func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc)

WithDeadline 返回父上下文的副本，并将截止日期调整为不晚于 d。如果父级的截止日期已经早于 d，则 WithDeadline(parent, d) 在语义上等同于 parent。

当截止时间到期、调用返回的取消函数时或当父上下文的 Done 通道关闭时，返回的上下文的 Done 通道将关闭。

取消此上下文会释放与其关联的资源，因此在此上下文中运行的操作完成后，代码应立即调用取消。
举个例子：

这段代码传递具有截止时间的上下文，来告诉阻塞函数，它应该在到达截止时间时立刻退出。

package main

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

const shortDuration = 1 * time.Millisecond

func main() {
    d := time.Now().Add(shortDuration)
    ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), d)

    // Even though ctx will be expired, it is good practice to call its
    // cancellation function in any case. Failure to do so may keep the
    // context and its parent alive longer than necessary.
    defer cancel()

    select {
    case <-time.After(1 * time.Second):
        fmt.Println("overslept")
    case <-ctx.Done():
        fmt.Println(ctx.Err())
    }
}

输出：

context deadline exceeded

WithTimeout

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)

WithTimeout 返回 WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))。
取消此上下文会释放与其关联的资源，因此在此上下文中运行的操作完成后，代码应立即调用取消。
举个例子：
这段代码传递带有超时的上下文，以告诉阻塞函数应在超时后退出。

package main

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

const shortDuration = 1 * time.Millisecond

func main() {
    // Pass a context with a timeout to tell a blocking function that it
    // should abandon its work after the timeout elapses.
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), shortDuration)
    defer cancel()

    select {
    case <-time.After(1 * time.Second):
        fmt.Println("overslept")
    case <-ctx.Done():
        fmt.Println(ctx.Err()) // prints "context deadline exceeded"
    }

}

输出：

context deadline exceeded

WithValue

func WithValue(parent Context, key, val any) Context

WithValue 返回父级的副本，其中与 key 关联的值为 val。
其中键必须是可比较的，并且不应是字符串类型或任何其他内置类型，以避免使用上下文的包之间发生冲突。 WithValue 的用户应该定义自己的键类型。
为了避免分配给 interface{}，上下文键通常具有具体的 struct{} 类型。或者，导出的上下文键变量的静态类型应该是指针或接口。
举个例子：
这段代码演示了如何将值传递到上下文以及如何检索它（如果存在）。

package main

import (
    "context"
    "fmt"
)

func main() {
    type favContextKey string

    f := func(ctx context.Context, k favContextKey) {
        if v := ctx.Value(k); v != nil {
            fmt.Println("found value:", v)
            return
        }
        fmt.Println("key not found:", k)
    }

    k := favContextKey("language")
    ctx := context.WithValue(context.Background(), k, "Go")

    f(ctx, k)
    f(ctx, favContextKey("color"))
}

输出：

found value: Go
key not found: color