Golang 中的 Context 包

简介

今天，我们将讨论 Go 编程中非常重要的一个主题：context 包。如果你现在觉得它很令人困惑，不用担心 — 在本文结束时，你将像专家一样处理 context！

想象一下，你在一个主题公园，兴奋地准备搭乘一座巨大的过山车。但有个问题：排队的人非常多，而且公园快要关门，你只有一个小时的时间。你会怎么办？嗯，你可能会等一会儿，但不会等一个小时，对吧？如果你等了 30 分钟还没有到前面，你会离开队伍去尝试其他游乐设施。这就是我们所谓的 ‘超时’。

现在，想象一下，你还在排队，突然下起了倾盆大雨。过山车的操作员决定关闭过山车。你不会继续排队等待根本不会发生的事情，对吧？你会立刻离开队伍。这就是我们所谓的 ‘取消’。

在编程世界中，我们经常面临类似的情况。我们要求程序执行可能需要很长时间或需要因某种原因停止的任务。这就是 context 包发挥作用的地方。它允许我们优雅地处理这些超时和取消。

它是如何工作的

**创建上下文：**我们首先创建一个上下文。这就像排队等待过山车一样。

ctx := context.Background() // This gives you an empty context

**设置超时：**接下来，我们可以在上下文中设置超时。这就好比你决定在排队多久后放弃并去尝试其他游乐设施。

ctxWithTimeout, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*10) // Wait for 10 seconds
// Don't forget to call cancel when you're done, or else you might leak resources!
defer cancel()

**检查超时：**现在，我们可以使用上下文来检查是否等待时间太长，是否应该停止我们的任务。这就好比在排队等待时看看手表。

select {
case <-time.After(time.Second * 15): // This task takes 15 seconds
    fmt.Println("Finished the task")
case <-ctxWithTimeout.Done():
    fmt.Println("We've waited too long, let's move on!") // We only wait for 10 seconds
}

**取消上下文：**最后，如果出于某种原因需要停止任务，我们可以取消上下文。这就好比听到因下雨而宣布过山车关闭。

cancel() // We call the cancel function we got when we created our context with timeout

示例 1：慢速数据库查询

想象一下构建一个从数据库中获取用户数据的Web应用程序。有时，数据库响应较慢，你不希望用户永远等下去。在这种情况下，你可以使用带有超时的上下文。

func getUser(ctx context.Context, id int) (*User, error) {
    // Create a new context that will be cancelled if it takes more than 3 seconds
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 3*time.Second)
    defer cancel()

    // Assume db.QueryRowContext is a function that executes a SQL query and returns a row
    row := db.QueryRowContext(ctx, "SELECT name FROM users WHERE id = ?", id)

    var name string
    if err := row.Scan(&name); err != nil {
        return nil, err
    }

    return &User{Name: name}, nil
}

在这个示例中，如果数据库查询花费超过3秒的时间，上下文将被取消，db.QueryRowContext 应返回一个错误。

示例 2：网页抓取

假设你正在编写一个用于从网站抓取数据的程序。然而，该网站有时响应较慢，或者根本不响应。你可以使用上下文来防止你的程序陷入困境。

func scrapeWebsite(ctx context.Context, url string) (*html.Node, error) {
    // Create a new context that will be cancelled if it takes more than 5 seconds
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 5*time.Second)
    defer cancel()

    // Create a request with the context
    req, err := http.NewRequestWithContext(ctx, http.MethodGet, url, nil)
    if err != nil {
        return nil, err
    }

    // Execute the request
    resp, err := http.DefaultClient.Do(req)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    defer resp.Body.Close()

    // Parse the response body as HTML
    return html.Parse(resp.Body), nill
}

在这个示例中，如果从网站获取数据超过5秒，上下文将被取消，http.DefaultClient.Do 应该返回一个错误。

示例3：长时间运行的任务

假设你有一个执行长时间运行任务的程序，但你希望能够在程序接收到关闭信号时停止任务。这在一个 Web 服务器中可能会很有用，当关闭时必须停止提供请求并进行清理。

func doTask(ctx context.Context) {
    for {
        select {
        case <-time.After(1 * time.Second):
            // The task is done, we're ready to exit
            fmt.Println("Task is done")
            return
        case <-ctx.Done():
            // The context was cancelled from the outside, clean up and exit
            fmt.Println("Got cancel signal, cleaning up")
            return
        }
    }
}

func main() {
    // Create a new context
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

    // Start the task in a goroutine
    go doTask(ctx)

    // Wait for a shutdown signal
    <-getShutdownSignal()

    // Cancel the context, which will stop the task
    cancel()

    // Wait for a bit to allow the task to clean up
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这个示例中，当程序接收到关闭信号时，它会取消上下文，这会导致 doTask 在 <-ctx.Done() 上接收到信号。

示例4：HTTP 服务器

假设你正在构建一个处理传入请求的 HTTP 服务器。一些请求可能需要很长时间来处理，你希望设置一个最长处理时间限制。

http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(r.Context(), 2*time.Second)
    defer cancel()

    // Simulate a long-running operation
    select {
    case <-time.After(3 * time.Second):
        w.Write([]byte("Operation finished."))
    case <-ctx.Done():
        w.Write([]byte("Operation timed out."))
    }
})

http.ListenAndServe(":8080", nil)

在这个示例中，如果操作需要超过2秒的时间，上下文将被取消，并且服务器将响应“操作超时”。

示例5：同步多个 Goroutines

假设你正在编写一个程序，使用 Goroutines 并发执行多个任务。如果其中一个任务失败，你希望取消所有其他任务。

func doTask(ctx context.Context, id int) {
    select {
    case <-time.After(time.Duration(rand.Intn(4)) * time.Second):
        fmt.Printf("Task %v finished.\n", id)
    case <-ctx.Done():
        fmt.Printf("Task %v cancelled.\n", id)
    }
}

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

    for i := 1; i <= 5; i++ {
        go doTask(ctx, i)
    }

    // Cancel the context after 2 seconds
    time.Sleep(2 * time.Second)
    cancel()

    // Give the tasks some time to finish up
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这个示例中，当上下文被取消时，仍在运行的任何任务都将收到 <-ctx.Done()，从而允许它们进行清理并退出。

仍然在尝试理解吗？

当我第一次接触上下文时，我感到非常困惑，我提出了一个问题，即如果 select 前面的命令花费太长时间，那么我们永远无法检测到 取消，这是一个合理的问题。因此，我准备了另一个示例来详细解释这种情况。

package main

import (
 "context"
 "fmt"
 "math/rand"
 "time"
)

func expensiveCalculation(ctx context.Context, resultChan chan<- int) {
 // Simulate a long-running calculation
 rand.Seed(time.Now().UnixNano())
 sleepTime := time.Duration(rand.Intn(20)+1) * time.Second
 fmt.Printf("Calculation will take %s to complete\n", sleepTime)

 time.Sleep(sleepTime)

 select {
 case <-ctx.Done():
  // Context was cancelled, don't write to the channel
  return
 default:
  // Write the result to the channel
  resultChan <- 42 // replace with your actual calculation result
 }
}

func main() {
 // Create a context that will be cancelled after 10 seconds
 ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 10*time.Second)
 defer cancel() // The cancel should be deferred so resources are cleaned up

 resultChan := make(chan int)

 // Start the expensive calculation in a separate goroutine
 go expensiveCalculation(ctx, resultChan)

 // Wait for either the result or the context to be done
 select {
 case res := <-resultChan:
  // Got the result
  fmt.Printf("Calculation completed with result: %d\n", res)
 case <-ctx.Done():
  // Context was cancelled
  fmt.Println("Calculation cancelled")
 }
}

time.Sleep(sleepTime) 命令是阻塞的，将暂停 goroutine 的执行，直到指定的持续时间已过。这意味着 select 语句不会被执行，直到休眠时间已经过去。

然而，上下文的取消与 goroutine 内的执行是独立的。如果上下文的截止时间被超过或其 cancel() 函数被调用，它的 Done() 通道将被关闭。

在主 goroutine 中，您有另一个 select 语句，它将立即检测上下文的 Done() 通道是否已关闭，并在不等待 expensiveCalculation goroutine 完成休眠的情况下打印 “Calculation cancelled”。

也就是说，expensiveCalculation goroutine 将在休眠后继续执行，它将在尝试写入 resultChan 之前检查上下文是否已被取消。如果已被取消，它将立即返回。这是为了避免潜在的死锁，如果没有其他goroutine从 resultChan 读取。

如果需要昂贵的计算（在本例中由 time.Sleep 模拟）在取消时立即停止，您必须设计计算以周期性地检查上下文是否已取消。这通常在需要将计算分解为较小部分的情况下使用循环。如果计算不能分解，并需要一次运行完毕，那么很遗憾，在 Go 中无法提前停止它。