深入理解Go Context

在Go语言并发编程中，用一个goroutine来处理一个任务，而它又会创建多个goroutine来负责不同子任务的场景非常常见。如下图

这些场景中，往往会需要在API边界之间以及过程之间传递截止时间、取消信号或与其它请求相关的数据

谁是性能卡点呢？得通知它们任务取消了。

这时候就可以使用Context了。context包在Go1.7的时候被加入到官方库中。

context包的内容可以概括为，一个接口，四个具体实现，还有六个函数。

Context接口提供了四个方法，下面是Context的接口

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

emptyCtx类型

emptyCtx本质上是一个整型, *emptyCtx对Context接口的实现，只是简单的返回nil，false，实际上什么也没做。如下代码所示：

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
}

Background和TODO这两个函数内部都会创建emptyCtx

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

func Background() Context {
	return background
}

func TODO() Context {
	return todo
}

其中Background主要用于在初始化时获取一个Context(从代码中可知本质是一个*emptyCtx，而emptCtx本质上是一个Int)，这就是Background()函数返回的变量结构。

而TODO()函数，官方文档建议在本来应该使用外层传递的ctx而外层却没有传递的地方使用，就像函数名称表达的含义一样，留下一个TODO。

cancelCtx类型

再来看cancelCtx类型，cancleCtx定义如下

// cancelCtx可以被取消。 取消后，它也会取消所有实现取消方法的子级。
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) Value(key interface{}) interface{} {
	if key == &cancelCtxKey {
		return c
	}
	return c.Context.Value(key)
}

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()
	err := c.err
	c.mu.Unlock()
	return err
}

这是一种可取消的Context，done用于获取该Context的取消通知，children用于存储以当前节点为根节点的所有可取消的Context，以便在根节点取消时，可以把它们一并取消，err用于存储取消时指定的错误信息，而这个mu就是用来保护这几个字段的锁，以保障cancelCtx是线程安全的。

而WithCancel函数，可以把一个Context包装为cancelCtx，并提供一个取消函数，调用它可以Cancel对应的Context

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) }
}

示例代码：

ctx := context.Background()
ctx1, cancel := context.WithCancel(ctx)

timerCtx类型

再来看timerCtx,timerCtx定义如下

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

	deadline time.Time
}

它在cancelCtx的基础上，又封装了一个定时器和一个截止时间，这样既可以根据需要主动取消，也可以在到达deadline时，通过timer来触发取消动作。

要注意，这个timer也会由cancelCtx.mu来保护，确保取消操作也是线程安全的。

通过WithDeadline和WithTimeout函数，都可以创建timerCtx，区别是WithDeadline函数需要指定一个时间点，而WithTimeout函数接收一个时间段。

接下来，我们基于ctx1构造一个timerCtx

ctx := context.Background()
ctx1, cancel := context.WithCancel(ctx)

deadline := time.Now().Add(time.Second)
ctx2, cancel := context.WithDeadline(ctx1, deadline)

这个定时器会在deadline到达时，调用cancelCtx的取消函数，现在可以看到ctx2是基于ctx1创建的，而ctx1又是基于ctx创建的，基于每个Context可以创建多个Context，这样就形成了一个Context树，每个节点都可以有零个或多个子节点，可取消的Context都会被注册到离它最近的、可取消的祖先节点中。对ctx2来说离它最新的、可取消的祖先节点是ctx1

所以在ctx1这里的children map中，会增加ctx2这组键值对

如果ctx2先取消，就只会影响到以它为根节点的Context，而如果ctx1先取消，就可以根据children map中的记录，把ctx1子节点中所有可取消的Context全部Cancel掉。

最后来看valueCtx类型

valueCtx类型

首先来看valueCtx的定义

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

它用来支持键值对打包，WithValue函数可以给Context附加一个键值对信息，这样就可以通过Context传递数据了

var keyA string = "keyA"
ctx := context.Background()
ctxA := context.WithValue(ctx, keyA, "valA")

现在我们给ctx附加一个键值对keyA=>valA，变量ctxA也是Context接口类型，动态类型为*valueCtx，data指向一个valueCtx结构体，第一个字段是它的父级Context，key和val字段都是空接口类型，keyA的动态类型为string，动态值是string类型的变量keyA，val的动态类型同样是string，动态值为valA，

下面我们再基于ctxA，附加一个key相等但val不相等的键值对keyA=>eggo，ctxC的动态值指向这样一个valueCtx，父级Context自然是ctxA，key与ctxA中的相同，但是val的值与ctxA中的不相等

通过ctxC获取kyA和keyC对应的值时会发现keyC覆盖了keyA对应的val，要找到原因，就要先看看Value方法是怎么工作的

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

首先它会比较当前Context中的key是否等于要查找的key，因为keyA等于keyC，所以对keyA的查找会直接锁定到ctxC这里的val，因而出现了子节点覆盖父节点数据的情况，为了规避这种情况，最好不要直接使用string、int这些基础类型作为Key，而是用自定义类型包装一下，就像下面这样，把keyA定义为keytypea类型，keyC定义为keytypec类型，这样再次通过ctxC获取keyA时，因为key的类型不相同，第一步key相等性比较不通过，就会委托父节点继续查找，进而找到正确的val

所以说valueCtx之间通过Context字段形成了一个链表结构，使用Context传递数据时还要注意，Context本身本着不可改变(immutable)的模式设计的，所以不要试图修改ctx里保存的值，在http、sql相关的库中，都提供了对Context的支持，方便我们在处理请求时，实现超时自动取消，或传递请求相关的控制数据等等

了解了context包中，一个接口，四种具体实现，以及六个函数的基本情况，有助于我们理解Context的工作原理

context源码

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