Go 语言基础之 Context 详解

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。