Go并发之Context篇

前言介绍：在学习Go并发的时候，我们总是能够看到context，而这个context却只在go语言中存在。笔者在看到context的时候，便问了自己几个问题。

context是什么？是用来干什么的？我们为什么需要context? context是如何使用的？它为什么被设计成这个样子？

基于上面的这些问题，笔者做了整理，笔者觉得在知道了这些问题的答案之后，context 也算是有一点了解了。

1. 为什么Go需要context，它是用来干什么的？

原因：在golang中的创建一个新的协程并不会返回像c语言创建一个线程一样类似的pid，这样就导致我们不能从外部杀死某个线程，所以我们就得让它自己结束。（备注：goroutine不能返回pid的原因，应该是协程的实现原理有很大关系，多个协程对应1个线程的实现机制。）

当然我们可以采用channel＋select的方式，来解决这个问题，不过场景很复杂的时候，我们就需要花费很大的精力去维护channel与这些协程之间的关系，这就导致了我们的并发代码变得很难维护和管理。例如：由一个请求衍生出多个协程，并且之间需要满足一定的约束关系，以实现一些诸如：有效期，中止线程树，传递请求全局变量之类的功能。

Context机制：context的产生，正是因为协程的管理问题，golang官方从1.7之后引入了context，用来专门管理协程之间的关系。

Google的解决方法是Context机制，相互调用的goroutine之间通过传递context变量保持关联，这样在不用暴露各goroutine内部实现细节的前提下，有效地控制各goroutine的运行。通过传递context就可以追踪goroutine  调用树，并在这些调用树之间传递通知和元数据。

虽然goroutine之间是平行的，没有继承关系，但是Context设计成是包含父子关系的，这样可以更好的描述goroutine调用之间的树型关系。

2. context的定义是什么样子的？

context是上下文的意思，一般理解为程序单元的一个运行状态、现场、快照，其中包含函数调用以及涉及的相关的变量值。

每个Goroutine在执行之前，都要先知道程序当前的执行状态，通常将这些执行状态封装在一个Context变量中，传递给要执行的Goroutine中。上下文则几乎已经成为传递与请求同生存周期变量的标准方法。

下面是https://golang.org/pkg/context/中提供的接口和常用API：

2.1 接口简介

1. context包里的方法是线程安全的，可以被多个线程使用。

2.当Context被canceled或是timeout, Done返回一个被closed 的channel。

3.在Done的channel被closed后, Err代表被关闭的原因如果存在。

4.Deadline 返回Context将要关闭的时间。

5.如果存在，Value 返回与 key 相关了的值，不存在返回 nil。

2.2 常用API

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) // 一旦调用cancel，就会取消创建的ctx

func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc) // 带有效期的cancel, 到期之后会主动调用cancel

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) // 带超时时间的cancel，与WithDeadline类似，区别在于下面的参数是时间间隔

3.我们如何正确使用context？

step1:首先，需要创建context的根节点。

// 返回一个空的Context，它作为所有由此继承Context的根节点

func Background() Context  （备注：这里创建的ctx，不能被取消、没有值、也没有过期时间，通常是在主协程或者第一个处理Request的协程中）

step2: 创建下层context节点。

通过2.2中的API来创建下层context节点，而这里创建好的下层context节点具有以下特点：

1.父节点Context可以主动通过调用cancel方法取消子节点Context。

2.子节点Context只能被动等待。

3.父节点Context自身一旦被取消（如其上级节点Cancel），其下的所有子节点Context均会自动被取消。

例子1:  主协程主动调用cancel() 取消子context

Output:

通过输出我们可以看出来，在主协程调用了cancel()之后，子协程中的ctx会被主动关闭掉，延迟时间是1秒，会看到打印done。

例子2: 超时之后，调用cancle()的例子

通过输出可以看出来，在2s超时之后，也就是done会主动打印出来，表明cancel()被主动调用了。（备注：warning提示可以被忽略掉，因为cancle()不被创建根ctx的协程主动调用就会提示这个告警。）

4.context是如何实现的呢？

（图片来自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34417106）

1. context的存储与查询：

context上下文数据的存储就像一个树，每个结点只存储一个key/value对。WithValue()保存一个key/value对，它将父context嵌入到新的子context，并在节点中保存了key/value数据。Value()查询key对应的value数据，会从当前context中查询，如果查不到，会递归查询父context中的数据。

备注：context中的上下文数据不是全局的，它只查询本节点及父节点们的数据，不能查询兄弟节点的数据。

2. cancel的实现：

（图片来自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34417106）

cancelCtx结构体中children保存它的所有子canceler， 当外部触发cancel时，会调用children中的所有cancel()来终止所有的cancelCtx。done用来标识是否已被cancel。当外部触发cancel、或者父Context的channel关闭时，此done也会关闭。

对于超时调用cancel(), 是因为timerCtx 中存储了一个超时时间，等到超时间到期之后，会主动调用cancel()。

调用cancel()之后的效果如下所示：

（图片来自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34417106）

参考资料：
理解 Go Context 机制：https://juejin.im/entry/58088180c4c971005879b184

Go进阶01:golang context 用法详解：https://mojotv.cn/2018/12/26/what-is-context-in-go

Golang之Context的使用：http://www.nljb.net/default/Golang%E4%B9%8BContext%E7%9A%84%E4%BD%BF%E7%94%A8/

golang中Context的使用场景：https://www.cnblogs.com/yjf512/p/10399190.html

Go Context的踩坑经历：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34417106