Go 语言基础之 Context 详解

Golang
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2023-08-27

之前有兄弟留言想学习一下 Context,他来了,虽迟但到。

前言

在 Go 语言中,Context 是一个非常重要的概念,它用于在不同的 goroutine 之间传递请求域的相关数据,并且可以用来控制 goroutine 的生命周期和取消操作。本文将深入探讨 Go 语言中 Context 特性 和 Context 的高级使用方法。

基本用法

在 Go 语言中,Context 被定义为一个接口类型,它包含了三个方法:

# go version 1.18.10
type Context interface {
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
    Done() <-chan struct{}
    Err() error
      Value(key any) any
}
  • Deadline() 方法用于获取 Context 的截止时间,
  • Done() 方法用于返回一个只读的 channel,用于通知当前 Context 是否已经被取消,
  • Err() 方法用于获取 Context 取消的原因,
  • Value() 方法用于获取 Context 中保存的键值对数据。

我们日常编写代码时,Context 对象会被被约定作为函数的第一个参数传递,eg:

func users(ctx context.Context, request *Request) {
    // ... code
}

在函数中,可以通过 ctx 参数来获取相关的 Context 数据,举个超时的 eg:

deadline, ok := ctx.Deadline()
if ok && deadline.Before(time.Now()) {
    // 超时
    return
}

Context 控制 goroutine 的生命周期

在 Go 语言中,goroutine 是一种非常常见的并发编程模型,而 Context 可以被用来控制 goroutine 的生命周期,从而避免出现 goroutine 泄漏或者不必要的等待操作。

eg,看一下下方代码:

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 启动一个 goroutine 来处理请求
    go func() {
        // 处理请求...
    }()
}

上面的代码中,我们启动了一个 goroutine 来处理请求,但是没有任何方式来控制这个 goroutine 的生命周期,如果这个请求被取消了,那么这个 goroutine 就会一直存在,直到它完成为止。为了避免这种情况的发生,我们可以使用 Context 来控制 goroutine 的生命周期,eg:

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 启动一个 goroutine 来处理请求
    go func(ctx context.Context) {
        // 处理请求...
    }(ctx)
}

在上面的代码中,我们将 Context 对象作为参数传递给了 goroutine 函数,这样在请求被取消时,goroutine 就可以及时退出。

使用 WithValue() 传递数据

除了用于控制 goroutine 的生命周期,Context 还可以被用来在不同的 goroutine 之间传递请求域的相关数据。为了实现这个目的,我们可以使用 Context 的 WithValue() 方法,eg:

type key int

const (
    userKey key = iota
)

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 从请求中获取用户信息
    user := req.GetUser
    // 将用户信息保存到 Context 中
    ctx = context.WithValue(ctx, userKey, user)

    // 启动一个 goroutine 来处理请求
    go func(ctx context.Context) {
        // 从 Context 中获取用户信息
        user := ctx.Value(userKey).(*User)

        // 处理请求...
    }(ctx)

}

在上面的代码中,我们定义了一个 key类型的常量 userKey,然后在 users()函数中将用户信息保存到了 Context 中,并将 Context 对象传递给了 goroutine 函数。

在 goroutine 函数中,我们使用 ctx.Value()方法来获取 Context 中保存的用户信息。

注:

Context 中保存的键值对数据应该是线程安全的,因为它们可能会在多个 goroutine 中同时访问。

使用 WithCancel() 取消操作

除了控制 goroutine 的生命周期和传递数据之外,Context 还可以被用来执行取消操作。为了实现这个目的,我们可以使用 Context 的 WithCancel()方法,eg:

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 创建一个可以取消的 Context 对象
    ctx, cancel := context.WithCancel(ctx)

    // 启动一个 goroutine 来处理请求
    go func(ctx context.Context) {
        // 等待请求完成或者被取消
        select {
        case <-time.After(time.Second):
            // 请求完成
            fmt.Println("Request finish")
        case <-ctx.Done():
            // 请求被取消
            fmt.Println("Request canceled")
        }
    }(ctx)

    // 等待一段时间后取消请求
    time.Sleep(time.Millisecond * 800)
    cancel()
}

在上面的代码中,我们使用 WithCancel() 方法创建了一个可以取消的 Context 对象,并将取消操作封装在了一个 cancel() 函数中。然后我们启动了一个 goroutine 函数,使用 select 语句等待请求完成或者被取消,最后在主函数中等待一段时间后调用 cancel() 函数来取消请求。

使用 WithDeadline() 设置截止时间

除了使用 WithCancel() 方法进行取消操作之外,Context 还可以被用来设置截止时间,以便在超时的情况下取消请求。为了实现这个目的,我们可以使用 Context 的 WithDeadline() 方法,eg:

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 设置请求的截止时间为当前时间加上 1 秒钟
    ctx, cancel := context.WithDeadline(ctx, time.Now().Add(time.Second))

    // 启动一个 goroutine 来处理请求
    go func(ctx context.Context) {
        // 等待请求完成或者超时
        select {
            case <-time.After(time.Millisecond * 500):
            // 请求完成
            fmt.Println("Request finish")
            case <-ctx.Done():
            // 请求超时或者被取消
            fmt.Println("Request canceled or timed out")
        }
    }(ctx)

    // 等待一段时间后取消请求
    time.Sleep(time.Millisecond * 1500)
    cancel()
}

在上面的代码中,我们使用 WithDeadline() 方法设置了一个截止时间为当前时间加上 1 秒钟的 Context 对象,并将超时操作封装在了一个 cancel() 函数中。然后我们启动了一个 goroutine 函数,使用 select 语句等待请求完成或者超时,最后在主函数中等待一段时间后调用 cancel() 函数来取消请求。

注:

在使用 WithDeadline() 方法设置截止时间的时候,如果截止时间已经过期,则 Context 对象将被立即取消。

使用 WithTimeout() 设置超时时间

除了使用 WithDeadline() 方法进行截止时间设置之外,Context 还可以被用来设置超时时间。为了实现这个目的,我们可以使用 Context 的 WithTimeout() 方法,eg:

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 设置请求的超时时间为 1 秒钟
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second)

    // 启动一个 goroutine 来处理请求
    go func(ctx context.Context) {
        // 等待请求完成或者超时
        select {
        case <-time.After(time.Millisecond * 500):
            // 请求完成
            fmt.Println("Request completed")
        case <-ctx.Done():
            // 请求超时或者被取消
            fmt.Println("Request canceled or timed out")
        }
    }(ctx)

    // 等待一段时间后取消请求
    time.Sleep(time.Millisecond * 1500)
    cancel()
}

在上面的代码中,我们使用 WithTimeout() 方法设置了一个超时时间为 1 秒钟的 Context 对象,并将超时操作封装在了一个 cancel() 函数中。然后我们启动了一个 goroutine 函数,使用 select 语句等待请求完成或者超时,最后在主函数中等待一段时间后调用 cancel() 函数来取消请求。

注:

需要注意的是,在使用 WithTimeout() 方法设置超时时间的时候,如果超时时间已经过期,则 Context 对象将被立即取消。

Context 的传递

在一个应用程序中,不同的 goroutine 可能需要共享同一个 Context 对象。为了实现这个目的,Context 对象可以通过函数调用或者网络传输等方式进行传递。

例如,我们可以在一个处理 HTTP 请求的函数中创建一个 Context 对象,并将它作为参数传递给一个数据库查询函数,以便在查询过程中使用这个 Context 对象进行取消操作。代码 eg:

func users(ctx context.Context, req *Request) {
    // 在处理 HTTP 请求的函数中创建 Context 对象
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second)
    defer cancel()

    // 调用数据库查询函数并传递 Context 对象
    result, err := findUserByName(ctx, req)
    if err != nil {
        // 处理查询错误...
    }

    // 处理查询结果...
}

func findUserByName(ctx context.Context, req *Request) (*Result, error) {
    // 在数据库查询函数中使用传递的 Context 对象
    rows, err := db.QueryContext(ctx, "SELECT * FROM users WHERE name = ?", req.Name)
    if err != nil {
        // 处理查询错误...
      }
      defer rows.Close()
      // 处理查询结果...
}

在上面的代码中,我们在处理 HTTP 请求的函数中创建了一个 Context 对象,并将它作为参数传递给了一个数据库查询函数 findUserByName()。在 findUserByName() 函数中,我们使用传递的 Context 对象来调用 db.QueryContext() 方法进行查询操作。由于传递的 Context 对象可能会在查询过程中被取消,因此我们需要在查询完成后检查查询操作的错误,以便进行相应的处理。

注:

在进行 Context 的传递时,我们需要保证传递的 Context 对象是原始 Context 对象的子 Context,以便在需要取消操作时能够同时取消所有相关的 goroutine。如果传递的 Context 对象不是原始 Context 对象的子 Context,则取消操作只会影响到当前 goroutine,而无法取消其他相关的 goroutine。

总结

在 Go 语言中,Context 是一个非常重要的特性,包括其基本用法和一些高级用法。Context 可以用于管理 goroutine 的生命周期和取消操作,避免出现资源泄漏和死锁等问题,同时也可以提高应用程序的性能和可维护性。

在使用 Context 的时候,需要注意以下几点:

  1. 在创建 goroutine 时,需要将原始 Context 对象作为参数传递给它。
  2. 在 goroutine 中,需要使用传递的 Context 对象来进行取消操作,以便能够及时释放相关的资源。
  3. Context 的传递时,需要保证传递的 Context 对象是原始 Context 对象的子 Context,以便在需要取消操作时能够同时取消所有相关的 goroutine。
  4. 在使用 WithCancel 和 WithTimeout 方法创建 Context 对象时,需要及时调用 cancel 函数,以便能够及时释放资源。
  5. 在一些场景下,可以使用 WithValue 方法将数据存储到 Context 中,以便在不同的 goroutine 之间共享数据。