深入Golang之context的用法详解

context在Golang的1.7版本之前，是在包golang.org/x/net/context中的，但是后来发现其在很多地方都是需要用到的，所有在1.7开始被列入了Golang的标准库。Context包专门用来简化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，那么这篇文章就来看看其用法和实现原理。

源码分析

首先我们来看一下Context里面核心的几个数据结构：

Context interface

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

Deadline返回一个time.Time，是当前Context的应该结束的时间，ok表示是否有deadline。

Done方法在Context被取消或超时时返回一个close的channel,close的channel可以作为广播通知，告诉给context相关的函数要停止当前工作然后返回。

Err方法返回context为什么被取消。

Value可以让Goroutine共享一些数据，当然获得数据是协程安全的。但使用这些数据的时候要注意同步，比如返回了一个map，而这个map的读写则要加锁。

canceler interface

canceler interface定义了提供cancel函数的context：

type canceler interface {
  cancel(removeFromParent bool, err error)
  Done() <-chan struct{}
}

其现成的实现有4个：

1. emptyCtx：空的Context，只实现了Context interface；
2. cancelCtx：继承自Context并实现了cancelerinterface
3. timerCtx：继承自cancelCtx，可以用来设置timeout；
4. valueCtx：可以储存一对键值对；

继承Context

context包提供了一些函数，协助用户从现有的 Context 对象创建新的 Context 对象。这些Context对象形成一棵树：当一个 Context对象被取消时，继承自它的所有Context都会被取消。

Background是所有Context对象树的根，它不能被取消，它是一个emptyCtx的实例：

var (
  background = new(emptyCtx)
)

func Background() Context {
  return background
}

生成Context的主要方法

WithCancel

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

返回一个cancelCtx示例，并返回一个函数，可以在外层直接调用cancelCtx.cancel()来取消Context。

WithDeadline

func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc) {
  if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(deadline) {
    return WithCancel(parent)
  }
  c := &timerCtx{
    cancelCtx: newCancelCtx(parent),
    deadline: deadline,
  }
  propagateCancel(parent, c)
  d := time.Until(deadline)
  if d <= 0 {
    c.cancel(true, DeadlineExceeded) // deadline has already passed
    return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
  }
  c.mu.Lock()
  defer c.mu.Unlock()
  if c.err == nil {
    c.timer = time.AfterFunc(d, func() {
      c.cancel(true, DeadlineExceeded)
    })
  }
  return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

返回一个timerCtx示例，设置具体的deadline时间，到达 deadline的时候，后代goroutine退出。

WithTimeout

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
  return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}

和WithDeadline一样返回一个timerCtx示例，实际上就是WithDeadline包了一层，直接传入时间的持续时间，结束后退出。

WithValue

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}
}

WithValue对应valueCtx ，WithValue是在Context中设置一个 map，这个Context以及它的后代的goroutine都可以拿到map 里的值。

例子

Context的使用最多的地方就是在Golang的web开发中，在http包的Server中，每一个请求在都有一个对应的goroutine去处理。请求处理函数通常会启动额外的goroutine用来访问后端服务，比如数据库和RPC服务。用来处理一个请求的goroutine通常需要访问一些与请求特定的数据，比如终端用户的身份认证信息、验证相关的token、请求的截止时间。 当一个请求被取消或超时时，所有用来处理该请求的 goroutine都应该迅速退出，然后系统才能释放这些goroutine占用的资源。虽然我们不能从外部杀死某个goroutine，所以我就得让它自己结束，之前我们用channel＋select的方式，来解决这个问题，但是有些场景实现起来比较麻烦，例如由一个请求衍生出的各个 goroutine之间需要满足一定的约束关系，以实现一些诸如有效期，中止goroutine树，传递请求全局变量之类的功能。

保存上下文

func middleWare(next http.Handler) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    ctx := context.WithValue(req.Context(),"key","value")
    next.ServeHTTP(w, req.WithContext(ctx))
  })
}

func handler(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
  value := req.Context().Value("value").(string)
  fmt.Fprintln(w, "value: ", value)
  return
}

func main() {
  http.Handle("/", middleWare(http.HandlerFunc(handler)))
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

我们可以在上下文中保存任何的类型的数据，用于在整个请求的生命周期去传递使用。

超时控制

func longRunningCalculation(timeCost int)chan string{
  result:=make(chan string)
  go func (){
  time.Sleep(time.Second*(time.Duration(timeCost)))
    result<-"Done"
  }()
  return result
}

func jobWithTimeoutHandler(w http.ResponseWriter, r * http.Request){
  ctx,cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 3*time.Second)
  defer cancel()

  select{
  case <-ctx.Done():
    log.Println(ctx.Err())
    return
  case result:=<-longRunningCalculation(5):
    io.WriteString(w,result)
  }
  return
}


func main() {
  http.Handle("/", jobWithTimeoutHandler)
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

这里用一个timerCtx来控制一个函数的执行时间，如果超过了这个时间，就会被迫中断，这样就可以控制一些时间比较长的操作，例如io，RPC调用等等。

除此之外，还有一个重要的就是cancelCtx的实例用法，可以在多个goroutine里面使用，这样可以实现信号的广播功能，具体的例子我这里就不再细说了。

总结

context包通过构建树型关系的Context，来达到上一层Goroutine能对传递给下一层Goroutine的控制。可以传递一些变量来共享，可以控制超时，还可以控制多个Goroutine的退出。

据说在Google，要求Golang程序员把Context作为第一个参数传递给入口请求和出口请求链路上的每一个函数。这样一方面保证了多个团队开发的Golang项目能够良好地协作，另一方面它是一种简单的超时和取消机制，保证了临界区数据在不同的Golang项目中顺利传递。

所以善于使用context，对于Golang的开发，特别是web开发，是大有裨益的。