【Go】context标准库

1. 概述

基于版本: go1.22.3/src/context/context.go

1.1 什么是 Context

上下文 context.Context在Go 语言中用来设置截止日期、同步信号，传递请求相关值的结构体。上下文与 Goroutine 有比较密切的关系，是 Go 语言中独特的设计，在其他编程语言中我们很少见到类似的概念。

主要用于超时控制和多Goroutine间的数据传递。

看一下官方定义

Package context defines the Context type, which carries deadlines, cancellation signals, and other request-scoped values across API boundaries and between processes.
Incoming requests to a server should create a Context, and outgoing calls to servers should accept a Context. The chain of function calls between them must propagate the Context, optionally replacing it with a derived Context created using WithCancel, WithDeadline, WithTimeout, or WithValue. When a Context is canceled, all Contexts derived from it are also canceled.

• Package context defines the Context type：Go语言中的context包定义了一个名为Context的类型。

• which carries deadlines, cancellation signals, and other request-scoped values across API boundaries and between processes：Context类型用于在API边界之间以及不同进程之间传递诸如截止时间（deadlines）、取消信号（cancellation signals）和其他请求作用域内的值。

• Incoming requests to a server should create a Context：当服务器接收到一个请求时，应该创建一个Context。

• and outgoing calls to servers should accept a Context：当服务器向外发起调用时，应该接受一个Context。

• The chain of function calls between them must propagate the Context：在这些函数调用链中，必须传递Context。

• optionally replacing it with a derived Context created using WithCancel, WithDeadline, WithTimeout, or WithValue：可以选择用WithCancel、WithDeadline、WithTimeout或WithValue方法创建的派生Context替换原有的Context。

• When a Context is canceled, all Contexts derived from it are also canceled：当一个Context被取消时，所有从它派生出来的Context也会被取消。

简而言之，context包和Context类型在Go语言中用于控制请求的生命周期，包括传递截止时间、取消信号等信息，并确保这些信息能够在服务器之间的函数调用链中传递。当需要取消请求时，所有相关的Context都会被取消，这样可以优雅地终止请求处理。

1.2 设计原理

因为context.Context主要作用就是进行超时控制，然后外部程序监听到超时后就可以停止执行任务，取消 Goroutine。

网上有很多用 Context 来取消 Goroutine 的字眼，初学者(比如笔者)可能误会，以为 Context 可以直接取消 Goroutine。

实际，Context 只是完成了一个信号的传递，具体的取消逻辑需要由程序自己监听这个信号，然后手动处理。

Go 语言中的 Context 通过构建一颗 Context 树，从而将没有层级的 Goroutine 关联起来。

在超时或者手动取消的时候信号都会从最顶层的 Goroutine 一层一层传递到最下层。这样该 Context 关联的所有 Goroutine 都能收到信号，然后进入自定义的退出逻辑。

比如这里手动取消了 ctxB1，然后 ctxB1的两个子ctx(C1和C2)也会收到取消信号，这样3个Goroutine都能收到取消信号进行退出了。

1.3 使用场景

最常见的就是 后台 HTTP/RPC Server。

在 Go 的 server 里，通常每来一个请求都会启动若干个 goroutine 同时工作：有些去数据库拿数据，有些调用下游接口获取相关数据,具体如下图：

而客户端一般不会无限制的等待，都会被请求设定超时时间，比如100ms。

比如这里GoroutineA消耗80ms，GoroutineB3消耗30ms，已经超时了，那么后续的GoroutineCDEF都没必要执行了，客户端已经超时返回了，服务端就算计算出结果也没有任何意义了。

所以这里就可以使用 Context 来在多个 Goroutine 之间进行超时信号传递。

同时引入超时控制后有两个好处：

• 1）客户端可以快速返回，提升用户体验
• 2）服务端可以减少无效的计算

1.4 Context 分类

Context 在 Go 1.7 版本引入标准库中，主要内容可以概括为：

• 1 个接口
  • Context
• 4 种实现
  • emptyCtx
  • cancelCtx
  • timerCtx
  • valueCtx
• 6 个方法
  • Background
  • TODO
  • WithCancel
  • WithDeadline
  • WithTimeout
  • WithValue

核心：Context接口

Context 它是一个接口，定义了几个方法：

type Context interface {
   
    // 如果返回 ok==false 则表示没有设置Deadline时间
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

	// Done()：返回一个只读chan，如果可以从该 chan 中读取到数据，则说明 ctx 被取消了
    Done() <-chan struct{
   }

    // 如果ctx没有被取消，返回nil；如果是，则返回相应的原因（错误类型）
    Err() error

    // 用于储存一些键值对。要注意使用类型断言。
    Value(key interface{
   }) interface{
   }
}

2. 源码解读

4个实现

context 包的核心是 context.Context 接口，另外有四个 struct 实现了 Context 接口，分别是

• emptyCtx,
• cancelCtx
• timerCtx
• valueCtx,

其中 emptyCtx 是一个默认的空结构体，其余三个都是在其基础上添加了各自功能的实现，针对 emptyCtx ，context 包中暴露了两个方法 Background() 和 TODO() 去创建一个空的 emptyCtx

而针对后面三种具体的 struct ，context 包总共暴露了四个方法去产生对应的 struct, 他们分别是： WithCancel(), WithDeadLine(), WithTimeout(), WithValue(),对应关系如下：

emptyCtx

// emptyCtx 过空方法实现了 context.Context 接口，它没有任何功能。
type emptyCtx int

func (*emptyCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {
   
   return
}

func (*emptyCtx) Done() <-chan struct{
   } {
   
   return nil
}

func (*emptyCtx) Err() error {
   
   return nil
}

func (*emptyCtx) Value(key interface{
   }) interface{
   } {
   
   return nil
}

TODO 和 Background

TODO 和 Background 方法用来返回一个 emptyCtx 类型，他们在实现上都一样：

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

func Background() Context {
   
	return background
}

func TODO() Context {
   
	return todo
}

从源代码来看，context.Background 和 context.TODO和也只是互为别名，没有太大的差别，只是在使用和语义上稍有不同：

• context.Background 是上下文的默认值，所有其他的上下文都应该从它衍生出来；
• context.TODO 应该仅在不确定应该使用哪种上下文时使用；

在多数情况下，如果当前函数没有上下文作为入参，我们都会使用 context.Background 作为起始的上下文向下传递。

cancelCtx

这是一个带 cancel 功能的 context。

type cancelCtx struct {
   
	Context
	mu       sync.Mutex            // 用于同步
	done     chan struct{
   }         // 会在 Done 中返回
	children map[canceler]struct{
   } // 子上下文列表，done 被关闭后，会遍历这个 map，关闭所有的子上下文
	err      error                 // 关闭 chan 产生的异常，在初始化时会被赋值使不为空