context 包说明
说明：本文的用到的例子大部分来自context包。
概述
context 包定义了Context接口类型，它可以具有生命周期、取消/关闭的channel信号、请求域范围的健值存储功能。
因此可以用它来管理goroutine 的生命周期、或者与一个请求关联，在functions之间传递等。
每个Context应该视为只读的，通过WithCancel、WithDeadline、WithTimeout和WithValue函数可以基于现有的一个Context（称为父Context）派生出一个新的Context（称为子Context）。
其中WithCancel、WithDeadline和WithTimeout函数除了返回一个派生的Context以外，还会返回一个与之关联的CancelFunc类型的函数，用于关闭Context。
通过调用CancelFunc来关闭关联的Context时，基于该Context所派生的Context也都会被关闭，并且会将自己从父Context中移除，停止和它相关的timer。
如果不调用CancelFunc，除非该Context的父Context调用对应的CancelFunc，或者timer时间到，否则该Context和派生的Context就内存泄漏了。
可以使用go vet工具来检查所有control-flow路径上使用的CancelFuncs。
应用程序使用Context时，建议遵循如下规则：
1、不要将Context存储为结构体的字段，应该通过函数来传递一个具体的Context。并且Context应该放在第一个参数，变量名为ctx。比如
func DoSomething(ctx context.Context, arg Arg) error {
// ... use ctx ...
}
2、即使函数允许，也不要传递nil。如果你不确定Context的使用，你可以传递context.TODO。
3、请求域参数应该通过Context上的K/V方式传递，不要通过函数参数传递具体的请求域参数。
Context可能会在多个goroutines之间传递共享，它是例程安全的。
可以参考https://blog.golang.org/context 中的服务器使用例子。
包导入
在 go1.7 及以上版本 context 包被正式列入官方库中，所以我们只需要import "context"就可以了，而在 go1.6 及以下版本，我们要 import "golang.org/x/net/context" 。
Context 接口
context.Context接口的定义如下：
// Context 的实现应该设计为多例程安全的
type Context interface {
// 返回代表该Context过期的时间，和表示deadline是否被设置的bool值。
// 多次调用会返回相同的过期时间值，并不会因为时间流逝而变化
Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
// 返回一个channel，关闭该channel就代表关闭该Context。返回nil代表该Context不需要被关闭。
// 多次调用返回会返回相同的值。
Done() <-chan struct{}
// 如果Context未关闭，则返回nil。
// 否则如果正常关闭,则返回Canceled，过期关闭则返回DeadlineExceeded，
// 发生错误则返回对应的error。
// 多次调用返回相同的值。
Err() error
// 根据key从Context中获取一个value，如果没有关联的值则返回nil。
// 其中key是可以比较的任何类型。
// 多次调用返回相同的值。
Value(key interface{}) interface{}
}
空的Context的实现
context包内部定义了许多Context接口的实现，其中最简单的就是emptyCtx了。
// emptyCtx 不需要关闭，没有任何键值对，也没有过期时间。
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
}
func (e *emptyCtx) String() string {
switch e {
case background:
return "context.Background"
case todo:
return "context.TODO"
}
return "unknown empty Context"
}
context包中有两个emptyCtx的两个实例，
var (
background = new(emptyCtx)
todo = new(emptyCtx)
)
分别通过context.Background()和context.TODO()获取。
Background()：通常用作初始的Context、测试、最基层的根Context。
TODO()：通常用作不清楚作用的Context，或者还未实现功能的场景。
WithValue
该函数的功能是，基于现有的一个Context，派生出一个新的Context，新的Context带有函数指定的key和value。内部的实现类型是valueCtx类型。
// key 必须是可比较的类型
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}
}
type valueCtx struct {
Context
key, val interface{}
}
func (c *valueCtx) String() string {
return fmt.Sprintf("%v.WithValue(%#v, %#v)", c.Context, c.key, c.val)
}
func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {
if c.key == key {
return c.val
}
return c.Context.Value(key)
}
从上面的源码可以看出，Context中的K/V存储并不是利用map实现的，而是先查询自身的一对键值，如果不匹配key，再向上层的Context查询。
官方对key的使用建议：
为了避免不同包的context使用冲突，不建议直接使用string和其他内建的类型作为key。而是自定义一个私有的key的类型，即小写开头的key类型。
并且最好定义一个类型安全的访问器（返回具体类型的函数，或其他方式）。
比如：
package user
import "context"
// 定义 User 类型，准备存储到Context中
type User struct {...}
// 定义了一个未导出的私有key类型，避免和其他包的key冲突。
type key int
// 该key实例是为了获取user.User而定义的，并且也是私有的。
// 用户使用user.NewContext和user.FromContext，而避免直接使用该变量
var userKey key = 0
// 返回一个新的Context，包含了u *User值
func NewContext(ctx context.Context, u *User) context.Context {
return context.WithValue(ctx, userKey, u)
}
// FromContext returns the User value stored in ctx, if any.
// 从Context中获取*User值
func FromContext(ctx context.Context) (*User, bool) {
u, ok := ctx.Value(userKey).(*User)
return u, ok
}
为了避免分配内存，key通常也可以基于struct{}类型定义不同的类型
type userKeyType struct{}
context.WithValue(ctx, userKeyType{}, u)
注意，每一个struct{}类型的变量实际上它们的地址都是一样的，所以不会分配新的内存，但是重新定义后的不同struct{}类型，分别赋值给interface{}后，interface{}变量将不相等，比如：
type A struct{}
type B struct{}
a, b := A{}, B{}
var ia, ib, ia2 interface{}
ia, ib, ia2 = a, b, A{}
fmt.Printf("%p, %p, %v, %v", &a, &b, ia == ib, ia == ia2)
// 0x11b3dc0, 0x11b3dc0, false, true
使用WithValue的例子：
type favContextKey string
f := func(ctx context.Context, k favContextKey) {
if v := ctx.Value(k); v != nil {
fmt.Println("found value:", v)
return
}
fmt.Println("key not found:", k)
}
k := favContextKey("language")
ctx := context.WithValue(context.Background(), k, "Go")
f(ctx, k)
f(ctx, favContextKey("color"))
// Output:
// found value: Go
// key not found: color
可关闭的Context
context包为可关闭的Context定义了一个接口：
type canceler interface {
cancel(removeFromParent bool, err error)
Done() <-chan struct{}
}
该接口有两个具体的实现，cancelCtx 和 timerCtx。
WithCancel
*cancelCtx由WithCancel返回，所以我们先看看WithCancel函数的定义：
// 从parent上派生出一个新的Context，并返回该和一个CancelFunc类型的函数
// 调用该cancel函数会关闭该Context，该Context对应的从Done()返回的只读channel也会被关闭。
// parent 对应的cancel函数如果被调用，parent派生的Context和对应的channel也都会被关闭。
// 当某项任务的操作完成时，应尽快关闭Context，以便回收Context关联的资源。
func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
// 创建一个cancelCtx类型的实例
c := newCancelCtx(parent)
// 关联该实例和父Context之间的关闭/取消关系，即关闭parent也关闭基于它派生的Context。
propagateCancel(parent, &c)
// 返回该实例和对应的关闭函数
return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
return cancelCtx{Context: parent}
}
其中CancelFunc的定义也非常简单：
// 调用该函数意味着要关闭Context, 结束相关的任务。
// 第一次调用后，之后再次调用将什么都不做。
type CancelFunc func()
具体的propagateCancel实现和cancelCtx实现如下：
// 关联child和parent之间的关闭/取消关系，即关闭parent也关闭child。
func propagateCancel(parent Context, child canceler) {
if parent.Done() == nil {
return // parent 不需要关闭，则不需要关联关系
}
// 找到最近的cancelCtx类型的祖先Context实例
if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {
p.mu.Lock()
if p.err != nil {
// p 已经关闭，所以也关闭child
child.cancel(false, p.err)
} else {
if p.children == nil {
p.children = make(map[canceler]struct{})
}
p.children[child] = struct{}{}
}
p.mu.Unlock()
} else {
go func() {
select {
case <-parent.Done():
child.cancel(false, parent.Err())
case <-child.Done():
}
}()
}
}
// 找到最近的cancelCtx类型或继承cancelCtx类型的祖先Context实例
func parentCancelCtx(parent Context) (*cancelCtx, bool) {
for {
switch c := parent.(type) {
case *cancelCtx:
return c, true
case *timerCtx:
return &c.cancelCtx, true
case *valueCtx:
parent = c.Context
default:
return nil, false
}
}
}
// 从最近的cancelCtx类型的祖先Context中移除child
func removeChild(parent Context, child canceler) {
p, ok := parentCancelCtx(parent)
if !ok {
return
}
p.mu.Lock()
if p.children != nil {
delete(p.children, child)
}
p.mu.Unlock()
}
type canceler interface {
cancel(removeFromParent bool, err error)
Done() <-chan struct{}
}
// 代表已经关闭的channel
var closedchan = make(chan struct{})
func init() {
close(closedchan)
}
// 实现可关闭的Context，关闭时，也将关闭它的子Context
type cancelCtx struct {
Context
mu sync.Mutex // protects following fields
done 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
}
func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {
c.mu.Lock()
if c.done == nil {
c.done = make(chan struct{})
}
d := c.done
c.mu.Unlock()
return d
}
func (c *cancelCtx) Err() error {
c.mu.Lock()
defer c.mu.Unlock()
return c.err
}
func (c *cancelCtx) String() string {
return fmt.Sprintf("%v.WithCancel", c.Context)
}
// cancel closes c.done, cancels each of c's children, and, if
// removeFromParent is true, removes c from its parent's children.
func (c *cancelCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
if err == nil {
panic("context: internal error: missing cancel error")
}
c.mu.Lock()
if c.err != nil {
c.mu.Unlock()
return // already canceled
}
c.err = err
if c.done == nil {
c.done = closedchan
} else {
close(c.done)
}
for child := range c.children {
// NOTE: acquiring the child's lock while holding parent's lock.
child.cancel(false, err)
}
c.children = nil
c.mu.Unlock()
if removeFromParent {
removeChild(c.Context, c)
}
}
WithDeadline
理解了WithCancel，再理解WithDeadline并不难。
WithDeadline返回的是*timerCtx类型的Context，timerCtx继承 cancelCtx
// WithDeadline 根据parent和deadline返回一个派生的Context。
// 如果parent存在过期时间，且已过期，则返回一个语义上等同于parent的派生Context。
// 当到达过期时间、或者调用CancelFunc函数关闭、或者关闭parent会使该函数返回的派生Context关闭。
func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc) {
if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(deadline) {
// parent 已经过期，返回一个语义上等同于parent的派生Context
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) }
}
// timerCtx继承 cancelCtx，并且定义了过期时间。
// 当关闭 timerCtx时会关闭timer和cancelCtx
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) String() string {
return fmt.Sprintf("%v.WithDeadline(%s [%s])", c.cancelCtx.Context, c.deadline, time.Until(c.deadline))
}
func (c *timerCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
c.cancelCtx.cancel(false, err)
if removeFromParent {
// 从父Context的children字段中移除自己
removeChild(c.cancelCtx.Context, c)
}
c.mu.Lock()
if c.timer != nil {
c.timer.Stop()
c.timer = nil
}
c.mu.Unlock()
}
WithTimeout
与WithDeadline稍由不同，WithTimeout传递的是一个超时时间间隔，而WithDeadline传递的是一个具体的过期时间。一般情况下WithTimeout比WithDeadline更常用：
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}
例子：
func slowOperationWithTimeout(ctx context.Context) (Result, error) {
ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 100*time.Millisecond)
defer cancel() // 如果slowOperation在超时之前完成，则需要调用cancel关闭Context，以便回收Context相关联的资源
return slowOperation(ctx)
}
使用例子
最后，我们再举几个例子来加深印象。
WithCancel的例子
如何使用Context让goroutine退出，避免goroutine内存泄漏。
// 在独立的goroutine中生成整数，通过channel传递出去。
// 一旦context关闭，该goroutine也将安全退出。
gen := func(ctx context.Context) <-chan int {
dst := make(chan int)
n := 1
go func() {
for {
select {
case <-ctx.Done():
return // returning not to leak the goroutine
case dst <- n:
n++
}
}
}()
return dst
}
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
defer cancel() // 当完成整数生产时，关闭Context
for n := range gen(ctx) {
fmt.Println(n)
if n == 5 {
break
}
}
// Output:
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
WithDeadline的例子
当某项任务需要在规定的时间内完成，如果未完成则需要立即取消任务，并且返回错误的情况，可以使用WithDeadline。
d := time.Now().Add(50 * time.Millisecond)
ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), d)
// 即使ctx会因为过期而关闭，我们也应该在最后调用cancel，因为任务可能会在规定时间内完成，这种情况需要主动调用cancel来尽快释放Context资源
defer cancel()
select {
case <-time.After(1 * time.Second):
fmt.Println("overslept")
case <-ctx.Done():
fmt.Println(ctx.Err())
}
// Output:
// context deadline exceeded
WithTimeout例子
同WithDeadline，只是传递的是一个time.Duration
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 50*time.Millisecond)
defer cancel()
select {
case <-time.After(1 * time.Second):
fmt.Println("overslept")
case <-ctx.Done():
fmt.Println(ctx.Err()) // prints "context deadline exceeded"
}
// Output:
// context deadline exceeded
WithValue的例子
WithValue在前面的介绍中已经举过一个例子，我们再举一个http.Request相关的Context的例子。
在 Golang1.7 中，"net/http"原生支持将Context嵌入到 *http.Request中，并且提供了http.Request.Conext() 和 http.Request.WithContext(context.Context)这两个函数。
http.Request.Conext()函数返回或新建一个 context。
http.Request.WithContext(context.Context)函数返回一个新的Request，并且将传入的context与新的Reuest实例关联。
type userKey string
const userIDKey userKey = "uid"
func requestFilter(next http.Handler) http.Handler {
return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
cook, err := req.Cookie("USERID")
uid := ""
if err == nil {
uid = cook.Value
}
ctx := context.WithValue(req.Context(), userIDKey, uid)
next.ServeHTTP(w, req.WithContext(ctx))
})
}
func userIdFromContext(ctx context.Context) string {
return ctx.Value(userIDKey).(string)
}
func process(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
uid := userIdFromContext(req.Context())
fmt.Fprintln(w, "user ID is ", uid)
return
}
func main() {
http.Handle("/", requestFilter(http.HandlerFunc(process)))
http.ListenAndServe(":8080", nil)
}
结束
本文详解了context包源码的实现，并结合了一些例子来说明用法。相信读者对context包已经有一定的理解了，还可以再看看源码包中完整的代码，来加深印象哦。
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