golang Context应用举例

2023-09-27 09:40 由张朝阳发表于 #后端开发

Context本质

golang标准库里Context实际上是一个接口（即一种编程规范、一种约定）。

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

通过查看源码里的注释，我们得到如下约定：

Done()函数返回一个只读管道，且管道里不存放任何元素(struct{})，所以用这个管道就是为了实现阻塞
Deadline()用来记录到期时间，以及是否到期。
Err()用来记录Done()管道关闭的原因，比如可能是因为超时，也可能是因为被强行Cancel了。
Value()用来返回key对应的value，你可以想像成Context内部维护了一个map。

Context实现

go源码里提供了Context接口的一个具体实现，遗憾的是它只是一个空的Context，什么也没做。

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 any) any {
    return nil
}

emptyCtx以小写开头，包外不可见，所以golang又提供了Background和TODO这2个函数让我们能获取到emptyCtx。

var (
        background = new(emptyCtx)
        todo       = new(emptyCtx)
)
func Background() Context {
        return background
}
func TODO() Context {
        return todo
}

backgroud和todo明明是一模一样的东西，就是emptyCtx，为什么要搞2个呢？真心求教，知道的同学请在评论区告诉我。

emptyCtx有什么用？创建Context时通常需要传递一个父Context，emptyCtx用来充当最初的那个Root Context。

With Value

当业务逻辑比较复杂，函数调用链很长时，参数传递会很复杂，如下图：

f1产生的参数b要传给f2，虽然f2并不需要参数b，但f3需要，所以b还是得往后传。

如果把每一步产生的新变量都放到Context这个大容器里，函数之间只传递Context，需要什么变量时直接从Context里取，如下图：

f2能从context里取到a和b，f4能从context里取到a、b、c、d。

package main

import (
    "context"
    "fmt"
)

func step1(ctx context.Context) context.Context {
    //根据父context创建子context，创建context时允许设置一个<key,value>对，key和value可以是任意数据类型
    child := context.WithValue(ctx, "name", "大脸猫")
    return child
}

func step2(ctx context.Context) context.Context {
    fmt.Printf("name %s\n", ctx.Value("name"))
    //子context继承了父context里的所有key value
    child := context.WithValue(ctx, "age", 18)
    return child
}

func step3(ctx context.Context) {
    fmt.Printf("name %s\n", ctx.Value("name")) //取出key对应的value
    fmt.Printf("age %d\n", ctx.Value("age"))
}

func main1() {
    grandpa := context.Background() //空context
    father := step1(grandpa)        //father里有一对<key,value>
    grandson := step2(father)       //grandson里有两对<key,value>
    step3(grandson)
}

Timeout

在视频 https://www.bilibili.com/video/BV1C14y127sv/ 里介绍了超时实现的核心原理，视频中演示的done管道可以用Context的Done()来替代，Context的Done()管道什么时候会被关系呢？2种情况：

1. 通过context.WithCancel创建一个context，调用cancel()时会关闭context.Done()管道。

func f1() {
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    go func() {
        time.Sleep(100 * time.Millisecond)
        cancel() //调用cancel，触发Done
    }()
    select {
    case <-time.After(300 * time.Millisecond):
        fmt.Println("未超时")
    case <-ctx.Done(): //ctx.Done()是一个管道，调用了cancel()都会关闭这个管道，然后读操作就会立即返回
        err := ctx.Err()        //如果发生Done（管道被关闭），Err返回Done的原因，可能是被Cancel了，也可能是超时了
        fmt.Println("超时:", err) //context canceled
    }
}

2. 通过context.WithTimeout创建一个context，当超过指定的时间或者调用cancel()时会关闭context.Done()管道。

func f2() {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Millisecond*100) //超时后会自动调用context的Deadline，Deadline会，触发Done
    defer cancel()
    select {
    case <-time.After(300 * time.Millisecond):
        fmt.Println("未超时")
    case <-ctx.Done(): //ctx.Done()是一个管道，context超时或者调用了cancel()都会关闭这个管道，然后读操作就会立即返回
        err := ctx.Err()        //如果发生Done（管道被关闭），Err返回Done的原因，可能是被Cancel了，也可能是超时了
        fmt.Println("超时:", err) //context deadline exceeded
    }
}

Timeout的继承问题

通过context.WithTimeout创建的Context，其寿命不会超过父Context的寿命。比如：

父Context设置了10号到期，5号诞生了子Context，子Context设置了100天后到期，则实际上10号的时候子Context也会到期。
父Context设置了10号到期，5号诞生了子Context，子Context设置了1天后到期，则实际上6号的时候子Context就会到期。

func inherit_timeout() {
    parent, cancel1 := context.WithTimeout(context.Background(), time.Millisecond*1000) //parent设置100ms超时
    t0 := time.Now()
    defer cancel1()

    time.Sleep(500 * time.Millisecond) //消耗掉500ms

    // child, cancel2 := context.WithTimeout(parent, time.Millisecond*1000) //parent还剩500ms，child设置了1000ms之后到期，child.Done()管道的关闭时刻以较早的为准，即500ms后到期
    child, cancel2 := context.WithTimeout(parent, time.Millisecond*100) //parent还剩500ms，child设置了100ms之后到期，child.Done()管道的关闭时刻以较早的为准，即100ms后到期
    t1 := time.Now()
    defer cancel2()

    select {
    case <-child.Done():
        t2 := time.Now()
        fmt.Println(t2.Sub(t0).Milliseconds(), t2.Sub(t1).Milliseconds())
        fmt.Println(child.Err()) //context deadline exceeded
    }
}

context超时在http请求中的实际应用

定心丸来了，最后说一遍：”context在实践中真的很有用“

客户端发起http请求时设置了一个2秒的超时时间：

package main
import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net/http"
    "time"
)

func main() {
    client := http.Client{
        Timeout: 2 * time.Second, //小于10秒，导致请求超时，会触发Server端的http.Request.Context的Done
    }
    if resp, err := client.Get("http://127.0.0.1:5678/"); err == nil {
        defer resp.Body.Close()
        fmt.Println(resp.StatusCode)
        if bs, err := ioutil.ReadAll(resp.Body); err == nil {
            fmt.Println(string(bs))
        }
    } else {
        fmt.Println(err) //Get "http://127.0.0.1:5678/": context deadline exceeded (Client.Timeout exceeded while awaiting headers)
    }
}

服务端从Request里取提context，故意休息10秒钟，同时监听context.Done()管道有没有关闭。由于Request的context是2秒超时，所以服务端还没休息够context.Done()管道就关闭了。

package main
import (
    "fmt"
    "net/http"
    "time"
)

func welcome(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    ctx := req.Context() //取得request的context
    select {
    case <-time.After(10 * time.Second): //故意慢一点，10秒后才返回结果
        fmt.Fprintf(w, "welcome")
    case <-ctx.Done(): //超时后client会撤销请求，触发ctx.cancel()，从而关闭Done()管道
        err := ctx.Err()            //如果发生Done（管道被关闭），Err返回Done的原因，可能是被Cancel了，也可能是超时了
        fmt.Println("server:", err) //context canceled
    }
}

func main() {
    http.HandleFunc("/", welcome)
    http.ListenAndServe(":5678", nil)
}