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從Context到go設計理念輕松上手教程_Golang

作者：陳雪鋒 ? 更新時間： 2022-11-16 編程語言

引言

context包比較小，是閱讀源碼比較理想的一個入手，并且里面也涵蓋了許多go設計理念可以學習。
go的Context作為go并發方式的一種，無論是在源碼net/http中，開源框架例如gin中，還是內部框架trpc-go中都是一個比較重要的存在，而整個 context 的實現也就不到600行，所以也想借著這次機會來學習學習，本文基于go 1.18.4。

話不多說，例：

為了使可能對context不太熟悉的同學有個熟悉，先來個example ，摘自源碼：

我們利用WithCancel創建一個可取消的Context，并且遍歷頻道輸出，當 n==5時，主動調用cancel來取消。
而在gen func中有個協程來監聽ctx當監聽到ctx.Done（）即被取消后就退出協程。

func main(){
gen := func(ctx context.Context) <-chan int {
dst := make(chan int)
n := 1
go func() {
for {
select {
case <-ctx.Done():
                                        close(dst)
return // returning not to leak the goroutine
case dst <- n:
n++
}
}
}()
return dst
}
 
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
// defer cancel() // 實際使用中應該在這里調用 cancel
 
for n := range gen(ctx) {
fmt.Println(n)
if n == 5 {
                       cancel() // 這里為了使不熟悉 go 的更能明白在這里調用了 cancel()
break
}
}
// Output:
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
}

這是最基本的使用方法。

概覽

對于context包先上一張圖，便于大家有個初步了解（內部函數并未全列舉，后續會逐一講解）：

最重要的就是右邊的接口部分，可以看到有幾個比較重要的接口，下面逐一來說下：

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

首先就是Context接口，這是整個context包的核心接口，就包含了四個 method，分別是：

Deadline() (deadline time.Time, ok bool) // 獲取 deadline 時間，如果沒有的話 ok 會返回 false

Done() <-chan struct{} // 返回的是一個 channel ，用來應用監聽任務是否已經完成

Err() error // 返回取消原因 例如：Canceled\DeadlineExceeded
Value(key any) any // 根據指定的 key 獲取是否存在其 value 有則返回

可以看到這個接口非常清晰簡單明了，并且沒有過多的Method，這也是go 設計理念，接口盡量簡單、小巧，通過組合來實現豐富的功能，后面會看到如何組合的。

再來看另一個接口canceler，這是一個取消接口，其中一個非導出 method cancel，接收一個bool和一個error，bool用來決定是否將其從父Context中移除，err用來標明被取消的原因。還有個Done（）和Context接口一樣，這個接口為何這么設計，后面再揭曉。

type canceler interface{  
cancel(removeFromParent bool, err error)  
Done() <-chan struct{}
}

接下來看這兩個接口的實現者都有誰，首先Context直接實現者有 valueCtx（比較簡單放最后講）和emptyCtx

而canceler直接實現者有cancelCtx和timerCtx ，并且這兩個同時也實現了Context接口（記住我前面說得另外兩個是直接實現，這倆是嵌套接口實現松耦合，后面再說具體好處），下面逐一講解每個實現。

空的

見名知義，這是一個空實現，事實也的確如此，可以看到啥啥都沒有，就是個空實現，為何要寫呢？

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}
func (e *emptyCtx) String() string {  switch e {  case background:    return "context.Background"  case todo:    
return "context.TODO"  }  return "unknown empty Context"}

再往下讀源碼會發現兩個有意思的變量，底層一模一樣，一個取名叫 background，一個取名叫todo，為何呢？耐心的可以看看解釋，其實是為了方便大家區分使用，背景?是在入口處來傳遞最初始的context，而todo 則是當你不知道用啥，或者你的函數雖然接收ctontext參數，但是并沒有做任何實現時，那么就使用todo即可。后續如果有具體實現再傳入具體的上下文。所以上面才定義了一個空實現，就為了給這倆使用呢，這倆也是我們最常在入口處使用的。

var (
  background = new(emptyCtx)
  todo       = new(emptyCtx)
)
 
// Background returns a non-nil, empty Context. It is never canceled, has no
// values, and has no deadline. It is typically used by the main function,
// initialization, and tests, and as the top-level Context for incoming
// requests.
func Background() Context {
  return background
}
 
// TODO returns a non-nil, empty Context. Code should use context.TODO when
// it's unclear which Context to use or it is not yet available (because the
// surrounding function has not yet been extended to accept a Context
// parameter).
func TODO() Context {
  return todo
}

下面再看看具體的定義吧。

cancelCtx與timerCtx、valueCtx

type cancelCtx struct{
  Context
  mu       sync.Mutex  // 鎖住下面字段的操作
  // 存放的是 chan struct{}, 懶創建,
  //  只有第一次被 cancel 時才會關閉
  done     atomic.Value  
  // children 存放的是子 Context canceler ，并且當第一次被 cancel 時會被
  // 設為 nil
  children map[canceler]struct{}
  //  第一次被調用 cancel 時，會被設置
  err      error                 
}
 
type timerCtx struct{
 cancelCtx
 timer *time.Timer // 定時器，用來監聽是否超時該取消
 deadline time.Time // 終止時間
}
 
type valueCtx struct {
 Context
 key, val any
}

這里就看出來為何cancelCtx為非導出了，因為它通過內嵌Context接口也也是實現了Context的。并且通過這種方式實現了松耦合，可以通過 WithCancel（父Context）（ctx Context，cancel CancelFunc）來傳遞任何自定義的Context實現。

而timerCtx是嵌套的cancelCtx，同樣他也可以同時調用Context接口所有 method與cancelCtx所有method ，并且還可以重寫部分方法。而 valueCtx和上面兩個比較獨立，所以直接嵌套的Context。

這里應該也看明白了為何canceler為何一個可導出Done一個不可導出 cancel，Done是重寫Context的method會由上層調用，所以要可導出， cancel則是由return func（）{c.cancel（false，DeadlineExeceed）類似的封裝導出，所以不應該導出。

這是go中推崇的通過組合而非繼承來編寫代碼。其中字段解釋我已在后面注明，后面也會講到。看懂了大的一個設計理念，下面我們就逐一擊破，通過上面可以看到timerCtx其實是復用了cancelCtx能力，所以cancelCtx最為重要，下面我們就先將cancelCtx實現。

取消

它非導出，是通過一個方法來直接返回Context類型的，這也是go理念之一，不暴露實現者，只暴露接口（前提是實現者中的可導出method不包含接口之外的method，否則導出的method外面也無法調用）。

先看看外部構造函數WithCancel，

先判斷parent是否為nil，如果為nil就panic，這是為了避免到處判斷是否為nil。所以永遠不要使用nil來作為一個Context傳遞。
接著將父Context封裝到cancelCtx并返回，這沒啥說得，雖然只有一行代碼，但是多處使用，所以做了封裝，并且后續如果要更改行為調用者也無需更改。很方便。
調用propagateCancel，這個函數作用就是當parent是可以被取消的時候就會對子Context也進行取消的取消或者準備取消動作。
返回Context與CancelFunc type >CancelFunc func（）就是一個 type func別名，底層封裝的是c.cancel方法，為何這么做呢？這是為了給上層應用一個統一的調用，cancelCtx與timerCtx以及其他可以實現不同的cancel但是對上層是透明并且一致的行為就可。這個func應該是協程安全并且多次調用只有第一次調用才有效果。

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) }
}
 
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
 return cancelCtx{Context: parent}
}

接下來就來到比較重要的func? propagateCancel，我們看看它做了啥，

首先是判斷父context的Done（）方法返回的channel是否為nil，如果是則直接返回啥也不做了。這是因為父Context從來不會被取消的話，那就沒必要進行下面動作。這也表名我們使用.與貓（上下文。Background（））這個函數是不會做任何動作的。

 done := parent.Done()
  if done == nil {
    return // parent is never canceled
  }

接下里就是一個select ，如果父Context已經被取消了的話，那就直接取消子Context就好了，這個也理所應當，父親都被取消了，兒子當然也應該取消，沒有存在必要了。

select {
  case <-done:
    // parent is already canceled
    child.cancel(false, parent.Err())
    return
  default:
  }

如果父 Context 沒有被取消，這里就會做個判斷，

看看parent是否是一個*cancelCtx，如果是的話就返回其p，再次檢查 p.err是否為nil，如果不為nil就說明parent被取消，接著取消子 Context，如果沒被取消的話，就將其加入到p.children中，看到這里的 map是個canceler，可以接收任何實現取消器的類型。這里為何要加鎖呢？因為要對p.err以及p.children進行讀取與寫入操作，要確保協程安全所以才加的鎖。
如果不是*cancelCtx類型就說明parent是個被封裝的其他實現 Context 接口的類型，則會將goroutines是個int加1這是為了測試使用的，可以不管它。并且會啟動個協程，監聽父Context ，如果父Context被取消，則取消子Context，如果監聽到子Context已經結束（可能是上層主動調用CancelFunc）則就啥也不用做了。

if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {
    p.mu.Lock()
    if p.err != nil {
      // parent has already been canceled
      child.cancel(false, p.err)
    } else {
      if p.children == nil {
        p.children = make(map[canceler]struct{})
      }
      p.children[child] = struct{}{}
    }
    p.mu.Unlock()
  } else {
    atomic.AddInt32(&goroutines, +1)
    go func() {
      select {
      case <-parent.Done():
        child.cancel(false, parent.Err())
      case <-child.Done():
      }
    }()
  }

接下來看看parentCancelCtx的實現：它是為了找尋parent底下的 *cancelCtx，

它首先檢查parent.Done（）如果是一個closedchan這個頻道在初始化時已經是個一個被關閉的通道或者未nil的話（emptyCtx）那就直接返回 nil，false。

func parentCancelCtx(parent Context) (*cancelCtx, bool) {
  done := parent.Done()
  if done == closedchan || done == nil {
    return nil, false
}

var closedchan = make(chan struct{})
func init() {
  close(closedchan)

p, ok := parent.Value(&cancelCtxKey).(*cancelCtx)
if !ok {
  return nil, false
}

接著判斷是否parent是*cancelCtx類型，如果不是則返回nil，false，這里調用了parent.Value方法，并最終可能會落到value方法：

func value(c Context, key any) any {
  for {
    switch ctx := c.(type) {
    case *valueCtx:
      if key == ctx.key {
        return ctx.val
      }
      c = ctx.Context
    case *cancelCtx:
      if key == &cancelCtxKey {
        return c
      }
      c = ctx.Context
    case *timerCtx:
      if key == &cancelCtxKey {
        return &ctx.cancelCtx
      }
      c = ctx.Context
    case *emptyCtx:
      return nil
    default:
      return c.Value(key)
    }
  }
}

如果是*valueCtx，并且key==ctx.key則返回，否則會將c賦值為 ctx.Context，繼續下一個循環
如果是*cancelCtx并且key==&cancelCtxKey則說明找到了，直接返回，否則c= ctx.上下文繼續
如果是timerCtx，并且key== &cancelCtxKey則會返回內部的cancelCtx
如果是*emptyCtx 則直接返回nil，
默認即如果是用戶自定義實現則調用對應的Value找尋

可以發現如果嵌套實現過多的話這個方法其實是一個遞歸調用。

如果是則要繼續判斷p.done與parent.Done（）是否相等，如果沒有則說明：*cancelCtx已經被包裝在一個自定義實現中，提供了一個不同的包裝，在這種情況下就返回nil，false：

pdone, _ := p.done.Load().(chan struct{})
if pdone != done {
  return nil, false
}
return p, true

構造算是結束了，接下來看看如何取消的：

檢查err是否為nil

 if err == nil {
    panic("context: internal error: missing cancel error")
  }

由于要對err、cancelCtx.done以及children進行操作，所以要加鎖
如果c.err不為nil則說明已經取消過了，直接返回。否則將c.err=err賦值，這里看到只有第一次調用才會賦值，多次調用由于已經有！= nil+鎖的檢查，所以會直接返回，不會重復賦值

c.mu.Lock()
  if c.err != nil {
    c.mu.Unlock()
    return // already canceled
  }
       c.err = err

會嘗試從c.done獲取，如果為nil，則保存一個closedchan，否則就關閉d，這樣當你context.Done（）方法返回的channel才會返回。

d, _ := c.done.Load().(chan struct{})
  if d == nil {
    c.done.Store(closedchan)
  } else {
    close(d)
  }

循環遍歷c.children去關閉子Context，可以看到釋放子context時會獲取子Context的鎖，同時也會獲取父Context的鎖。所以才是線程安全的。結束后釋放鎖

     d, _ := c.done.Load().(chan struct{})
  if d == nil {
    c.done.Store(closedchan)
  } else {
    close(d)
  }

如果要將其從父Context刪除為true，則將其從父上下文刪除

if removeFromParent {
    removeChild(c.Context, c)
  }

removeChild也比較簡單，當為*cancelCtx就將其從Children內刪除，為了保證線程安全也是加鎖的。

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()
}

Done就是返回一個channel用于告知應用程序任務已經終止：這一步是只讀沒有加鎖，如果沒有讀取到則嘗試加鎖，再讀一次，還沒讀到則創建一個chan，可以看到這是一個懶創建的過程。所以當用戶主動調用CancelFunc時，其實根本就是將c.done內存儲的chan close掉，這其中可能牽扯到父關閉，也要循環關閉子Context過程。

func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {
  d := c.done.Load()
  if d != nil {
    return d.(chan struct{})
  }
  c.mu.Lock()
  defer c.mu.Unlock()
  d = c.done.Load()
  if d == nil {
    d = make(chan struct{})
    c.done.Store(d)
  }
  return d.(chan struct{})
}

cancelCtx主要內容就這么多，接下里就是timerCtx了

計時器

回顧下timerCtx定義，就是內嵌了一個cancelCtx另外多了兩個字段timer和deadline，這也是組合的體現。

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

下面就看看兩個構造函數，WithDeadline與WithTimeout，WithTimeout就是對WithDealine的一層簡單封裝。

檢查不多說了，第二個檢查如果父context的截止時間比傳遞進來的早的話，這個時間就無用了，那么就退化成cancelCtx了。

func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc) {
  if parent == nil {
    panic("cannot create context from nil parent")
  }
  if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(d) {
    return WithCancel(parent)
  }

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
  return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}

構造timerCtx并調用propagateCancel，這個已經在上面介紹過了。

c := &timerCtx{
    cancelCtx: newCancelCtx(parent),
    deadline:  d,
  }
  propagateCancel(parent, c)

接著會看，會先利用time.直到（d.分時。Now（））來判斷傳入的 deadlineTime與當前時間差值，如果在當前時間之前的話說明已經該取消了，所以會直接調用cancel函數進行取消，并且將其從父Context中刪除。否則就創建一個定時器，當時間到達會調用取消函數，這里是定時調用，也可能用戶主動調用。

dur := time.Until(d)
  if dur <= 0 {
    c.cancel(true, DeadlineExceeded)
    return c, func() { c.cancel(false, Canceled) }
  }
  c.mu.Lock()
  defer c.mu.Unlock()
  if c.err == nil {
    c.timer = time.AfterFunc(dur, func() {
      c.cancel(true, DeadlineExceeded)
    })
  }
  return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }

下面看看cancel實現吧，相比較cancelCtx就比較簡單了，先取消 cancelCtx，也要加鎖，將c.timer停止并賦值nil，這里也是第一次調用才會賦值nil，因為外層還有個c.timer ！=nil的判斷，所以多次調用只有一次賦值。

func (c *timerCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
  c.cancelCtx.cancel(false, err)
  if removeFromParent {
    // Remove this timerCtx from its parent cancelCtx's children.
    removeChild(c.cancelCtx.Context, c)
  }
  c.mu.Lock()
  if c.timer != nil {
    c.timer.Stop()
    c.timer = nil
  }
  c.mu.Unlock()
}

相比較于cancelCtx還覆蓋實現了一個Deadline（），就是返回當前 Context的終止時間。

func (c *timerCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {
  return c.deadline, true
}

下面就到了最后一個內置的valueCtx了。

值

結構器就更加加單，就多了key，val

type valueCtx struct {
 Context
 key, val any
}

也就有個Value method不同，可以看到底層使用的就是我們上面介紹的value函數，重復復用

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

幾個主要的講解完了，可以看到不到600行代碼，就實現了這么多功能，其中蘊含了組合、封裝、結構體嵌套接口等許多理念，值得好好琢磨。下面我們再看看其中有些有意思的地方。我們一般打印字符串都是使用 fmt 包，那么不使用fmt包該如何打印呢？context包里就有相應實現，也很簡單，就是 switch case來判斷v類型并返回，它這么做的原因也有說：

“因為我們不希望上下文依賴于unicode表”，這句話我還沒理解，有知道的小伙伴可以在底下評論，或者等我有時間看看fmt包實現。

func stringify(v any) string {
  switch s := v.(type) {
  case stringer:
    return s.String()
  case string:
    return s
  }
  return "<not Stringer>"
}
 
func (c *valueCtx) String() string {
  return contextName(c.Context) + ".WithValue(type " +
    reflectlite.TypeOf(c.key).String() +
    ", val " + stringify(c.val) + ")"
}

使用Context的幾個原則

直接在函數參數傳遞，不要在struct傳遞，要明確傳遞，并且作為第一個參數，因為這樣可以由調用方來傳遞不同的上下文在不同的方法上，如果你在 struct內使用context則一個實例是公用一個context也就導致了協程不安全，這也是為何net包Request要拷貝一個新的Request WithRequest（context go 1.7 才被引入），net包牽扯過多，要做到兼容才嵌入到 struct內。

不要使用nil而當你不知道使用什么時則使用TODO，如果你用了nil則會 panic。避免到處判斷是否為nil。

WithValue不應該傳遞業務信息，只應該傳遞類似request-id之類的請求信息。

無論用哪個類型的Context，在構建后，一定要加上：defer cancel（），因為這個函數是可以多次調用的，但是如果沒有調用則可能導致Context沒有被取消繼而其關聯的上下文資源也得不到釋放。

在使用WithValue時，包應該將鍵定義為未導出的類型以避免發生碰撞，這里貼個官網的例子：

// package user 這里為了演示直接在 main 包定義
// User 是存儲在 Context 值
type User struct {
  Name string
  Age  int
}
 
// key 是非導出的，可以防止碰撞
type key int
 
// userKey 是存儲 User 類型的鍵值，也是非導出的。
var userKey key
 
// NewContext 創建一個新的 Context，攜帶 *User
func NewContext(ctx context.Context, u *User) context.Context {
  return context.WithValue(ctx, userKey, u)
}
 
// FromContext 返回存儲在 ctx 中的 *User
func FromContext(ctx context.Context) (*User, bool) {
  u, ok := ctx.Value(userKey).(*User)
  return u, ok
}

那怎么能夠防止碰撞呢？可以做個示例：看最后輸出，我們在第一行就用 userKey的值0，存儲了一個值“a”。

然后再利用NewContext存儲了&User，底層實際用的是 context.WithValue（ctx，userKey，u）

讀取時用的是FromContext，兩次存儲即使底層的key值都為0，但是互不影響，這是為什么呢？

還記得WithValue怎么實現的么？你每調用一次都會包一層，并且一層一層解析，而且它會比較c.key==key，這里記住go的==比較是比較值和類型的，二者都相等才為true，而我們使用type key int所以userKey與0底層值雖然一樣，但是類型已經不一樣了（這里就是main.userKey與0），所以外部無論定義何種類型都無法影響包內的類型。這也是容易令人迷惑的地方

package main
import (
  "context"
  "fmt"
)
func main() {
  ctx := context.WithValue(context.Background(), , "a")
  ctx = NewContext(ctx, &User{})
  v, _ := FromContext(ctx)
  fmt.Println(ctx.Value(0), v) // Output: a, &{ 0}
}

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7147618996525727774

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