1. context 介紹

很多時(shí)候，我們會(huì)遇到這樣的情況，上層與下層的goroutine需要同時(shí)取消，這樣就涉及到了goroutine間的通信。在Go中，推薦我們以通信的方式共享內(nèi)存，而不是以共享內(nèi)存的方式通信。

所以，就需要用到channl，但是，在上述場景中，如果需要自己去處理channl的業(yè)務(wù)邏輯，就會(huì)有很多費(fèi)時(shí)費(fèi)力的重復(fù)工作，因此，context出現(xiàn)了。

context是Go中用來進(jìn)程通信的一種方式，其底層是借助channl與snyc.Mutex實(shí)現(xiàn)的。

2. 基本介紹

context的底層設(shè)計(jì)，我們可以概括為1個(gè)接口，4種實(shí)現(xiàn)與6個(gè)方法。

1 個(gè)接口

Context 規(guī)定了context的四個(gè)基本方法

4 種實(shí)現(xiàn)

emptyCtx 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)空的context，可以用作根節(jié)點(diǎn)

cancelCtx 實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶cancel功能的context，可以主動(dòng)取消

timerCtx 實(shí)現(xiàn)一個(gè)通過定時(shí)器timer和截止時(shí)間deadline定時(shí)取消的context

valueCtx 實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以通過 key、val 兩個(gè)字段來存數(shù)據(jù)的context

6 個(gè)方法

Background 返回一個(gè)emptyCtx作為根節(jié)點(diǎn)

TODO 返回一個(gè)emptyCtx作為未知節(jié)點(diǎn)

WithCancel 返回一個(gè)cancelCtx

WithDeadline 返回一個(gè)timerCtx

WithTimeout 返回一個(gè)timerCtx

WithValue 返回一個(gè)valueCtx

3. 源碼分析

3.1 Context 接口

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

Deadline() ：返回一個(gè)time.Time，表示當(dāng)前Context應(yīng)該結(jié)束的時(shí)間，ok則表示有結(jié)束時(shí)間

Done()：返回一個(gè)只讀chan，如果可以從該 chan 中讀取到數(shù)據(jù)，則說明 ctx 被取消了

Err()：返回 Context 被取消的原因

Value(key)：返回key對應(yīng)的value，是協(xié)程安全的

3.2 emptyCtx

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
}

emptyCtx實(shí)現(xiàn)了空的Context接口，其主要作用是為Background和TODO這兩個(gè)方法都會(huì)返回預(yù)先初始化好的私有變量background和todo，它們會(huì)在同一個(gè) Go 程序中被復(fù)用:

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


func Background() Context {
    return background
}
func TODO() Context {
 return todo
}

Background和TODO在實(shí)現(xiàn)上沒有區(qū)別，只是在使用語義上有所差異：

Background是上下文的根節(jié)點(diǎn)；

TODO應(yīng)該僅在不確定應(yīng)該使用哪種上下文時(shí)使用；

3.3 cancelCtx

cancelCtx實(shí)現(xiàn)了canceler接口與Context接口：
type canceler interface {
  cancel(removeFromParent bool, err error)
  Done() <-chan struct{}
}

其結(jié)構(gòu)體如下：

type cancelCtx struct {
    // 直接嵌入了一個(gè) Context，那么可以把 cancelCtx 看做是一個(gè) Context
 Context


 mu       sync.Mutex            // protects following fields
 done     atomic.Value          // of chan struct{}, created lazily, closed by first cancel call
 children map[canceler]struct{} // set to nil by the first cancel call
 err      error                 // set to non-nil by the first cancel call
}

我們可以使用WithCancel的方法來創(chuàng)建一個(gè)cancelCtx:

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
 if parent == nil {
  panic("cannot create context from nil parent")
 }
 c := newCancelCtx(parent)
 propagateCancel(parent, &c)
 return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
 return cancelCtx{Context: parent}
}

上面的方法，我們傳入一個(gè)父 Context（這通常是一個(gè) background，作為根節(jié)點(diǎn)），返回新建的 context，并通過閉包的形式，返回了一個(gè) cancel 方法。

newCancelCtx將傳入的上下文包裝成私有結(jié)構(gòu)體context.cancelCtx。

propagateCancel則會(huì)構(gòu)建父子上下文之間的關(guān)聯(lián)，形成樹結(jié)構(gòu)，當(dāng)父上下文被取消時(shí)，子上下文也會(huì)被取消：

func propagateCancel(parent Context, child canceler) {
    // 1.如果 parent ctx 是不可取消的 ctx，則直接返回 不進(jìn)行關(guān)聯(lián)
 done := parent.Done()
 if done == nil {
  return // parent is never canceled
 }
    // 2.接著判斷一下 父ctx 是否已經(jīng)被取消
 select {
 case <-done:
        // 2.1 如果 父ctx 已經(jīng)被取消了，那就沒必要關(guān)聯(lián)了
        // 然后這里也要順便把子ctx給取消了，因?yàn)楦竎tx取消了 子ctx就應(yīng)該被取消
        // 這里是因?yàn)檫€沒有關(guān)聯(lián)上，所以需要手動(dòng)觸發(fā)取消
  // parent is already canceled
  child.cancel(false, parent.Err())
  return
 default:
 }
    // 3. 從父 ctx 中提取出 cancelCtx 并將子ctx加入到父ctx 的 children 里面
 if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {
  p.mu.Lock()
        // double check 一下，確認(rèn)父 ctx 是否被取消
  if p.err != nil {
            // 取消了就直接把當(dāng)前這個(gè)子ctx給取消了
   // parent has already been canceled
   child.cancel(false, p.err)
  } else {
            // 否則就添加到 children 里面
   if p.children == nil {
    p.children = make(map[canceler]struct{})
   }
   p.children[child] = struct{}{}
  }
  p.mu.Unlock()
 } else {
        // 如果沒有找到可取消的父 context。新啟動(dòng)一個(gè)協(xié)程監(jiān)控父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)取消信號(hào)
  atomic.AddInt32(&goroutines, +1)
  go func() {
   select {
   case <-parent.Done():
    child.cancel(false, parent.Err())
   case <-child.Done():
   }
  }()
 }
}

上面的方法可能遇到以下幾種情況：

當(dāng) parent.Done() == nil，也就是 parent 不會(huì)觸發(fā)取消事件時(shí)，當(dāng)前函數(shù)會(huì)直接返回；

當(dāng) child 的繼承鏈包含可以取消的上下文時(shí)，會(huì)判斷 parent 是否已經(jīng)觸發(fā)了取消信號(hào)；

如果已經(jīng)被取消，child 會(huì)立刻被取消；

如果沒有被取消，child 會(huì)被加入 parent 的 children 列表中，等待 parent 釋放取消信號(hào)；

當(dāng)父上下文是開發(fā)者自定義的類型、實(shí)現(xiàn)了 context.Context 接口并在 Done()方法中返回了非空的管道時(shí)；

運(yùn)行一個(gè)新的 Goroutine 同時(shí)監(jiān)聽 parent.Done()和 child.Done()兩個(gè) Channel；

在 parent.Done()關(guān)閉時(shí)調(diào)用 child.cancel 取消子上下文；

propagateCancel 的作用是在 parent 和 child 之間同步取消和結(jié)束的信號(hào)，保證在 parent 被取消時(shí)，child 也會(huì)收到對應(yīng)的信號(hào)，不會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)不一致的情況。

func parentCancelCtx(parent Context) (*cancelCtx, bool) {
 done := parent.Done()
    // 如果 done 為 nil 說明這個(gè)ctx是不可取消的
    // 如果 done == closedchan 說明這個(gè)ctx不是標(biāo)準(zhǔn)的 cancelCtx，可能是自定義的
 if  done == closedchan || done == nil {
  return nil, false
 }
    // 然后調(diào)用 value 方法從ctx中提取出 cancelCtx
 p, ok := parent.Value(&cancelCtxKey).(*cancelCtx)
 if !ok {
  return nil, false
 }
    // 最后再判斷一下cancelCtx 里存的 done 和 父ctx里的done是否一致
    // 如果不一致說明parent不是一個(gè) cancelCtx
 pdone, _ := p.done.Load().(chan struct{})
 if pdone != done {
  return nil, false
 }
 return p, true
}






ancelCtx 的 done 方法會(huì)返回一個(gè) chan struct{}：
func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {
 d := c.done.Load()
 if d != nil {
  return d.(chan struct{})
 }
 c.mu.Lock()
 defer c.mu.Unlock()
 d = c.done.Load()
 if d == nil {
  d = make(chan struct{})
  c.done.Store(d)
 }
 return d.(chan struct{})
}
var closedchan = make(chan struct{})

parentCancelCtx 其實(shí)就是判斷 parent context 里面有沒有一個(gè) cancelCtx，有就返回，讓子context可以“掛靠”到parent context 上，如果不是就返回false，不進(jìn)行掛靠，自己新開一個(gè) goroutine 來監(jiān)聽。

3.4 timerCtx

timerCtx 內(nèi)部不僅通過嵌入 cancelCtx 的方式承了相關(guān)的變量和方法，還通過持有的定時(shí)器 timer 和截止時(shí)間 deadline 實(shí)現(xiàn)了定時(shí)取消的功能：

type timerCtx struct {
 cancelCtx
 timer *time.Timer // Under cancelCtx.mu.


 deadline time.Time
}


func (c *timerCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {
 return c.deadline, true
}


func (c *timerCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
 c.cancelCtx.cancel(false, err)
 if removeFromParent {
  removeChild(c.cancelCtx.Context, c)
 }
 c.mu.Lock()
 if c.timer != nil {
  c.timer.Stop()
  c.timer = nil
 }
 c.mu.Unlock()
}

3.5 valueCtx

valueCtx 是多了 key、val 兩個(gè)字段來存數(shù)據(jù)：

type valueCtx struct {
  Context
  key, val interface{}
}

取值查找的過程，實(shí)際上是一個(gè)遞歸查找的過程：

func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {
 if c.key == key {
  return c.val
 }
 return c.Context.Value(key)
}

如果 key 和當(dāng)前 ctx 中存的 value 一致就直接返回，沒有就去 parent 中找。最終找到根節(jié)點(diǎn)（一般是 emptyCtx），直接返回一個(gè) nil。所以用 Value 方法的時(shí)候要判斷結(jié)果是否為 nil，類似于一個(gè)鏈表，效率是很低的，不建議用來傳參數(shù)。

4. 使用建議

在官方博客里，對于使用 context 提出了幾點(diǎn)建議：

不要將 Context 塞到結(jié)構(gòu)體里。直接將 Context 類型作為函數(shù)的第一參數(shù)，而且一般都命名為 ctx

不要向函數(shù)傳入一個(gè) nil 的 context，如果你實(shí)在不知道傳什么，標(biāo)準(zhǔn)庫給你準(zhǔn)備好了一個(gè) context：todo。

不要把本應(yīng)該作為函數(shù)參數(shù)的類型塞到 context 中，context 存儲(chǔ)的應(yīng)該是一些共同的數(shù)據(jù)。例如：登陸的 session、cookie 等。

同一個(gè) context 可能會(huì)被傳遞到多個(gè) goroutine，別擔(dān)心，context 是并發(fā)安全的。