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Go语言高级特性：Context深入解读

2023-11-01  微信公众号  Go先锋
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概述

在 Go 语言中，context（上下文）是一个非常重要的概念。

它主要用于在多个 goroutine 之间传递请求特定任务的截止日期、取消信号以及其他请求范围的值。3. Context 的取消与超时

本文将探讨 Go 语言中context的用法，从基础概念到实际应用，将全面了解上下文的使用方法。

主要内容包括

什么是 Context（上下文）

Context 的基本用法：创建与传递

Context 的取消与超时

Context 的值传递

实际应用场景：HTTP 请求的 Context 使用

数据库操作中的 Context 应用

自定义 Context 的实现

Context 的生命周期管理

Context 的注意事项

1. 什么是 Context（上下文）

在 Go 语言中，context（上下文）是一个接口，定义了四个方法：Deadline()、Done()、Err()和Value(key interface{})。

它主要用于在 goroutine 之间传递请求的截止日期、取消信号以及其他请求范围的值。

2. Context 的基本用法：创建与传递

2.1 创建 Context

package mAIn


import (
  "context"
  "fmt"
)


func main() {
  // 创建一个空的Context
  ctx := context.Background()


  // 创建一个带有取消信号的Context
  _, cancel := context.WithCancel(ctx)
  defer cancel() // 延迟调用cancel，确保在函数退出时取消Context


  fmt.Println("Context创建成功")
}

以上代码演示了如何创建一个空的context和一个带有取消信号的context。

使用context.WithCancel(parent)可以创建一个带有取消信号的子context。

在调用cancel函数时，所有基于该context的操作都会收到取消信号。

2.2 传递 Context

package main


import (
  "context"
  "fmt"
  "time"
)


func worker(ctx context.Context) {
  for {
    select {
    case <-ctx.Done():
      fmt.Println("收到取消信号，任务结束")
      return


    default:
      fmt.Println("正在执行任务...")
      time.Sleep(1 * time.Second)
    }


  }
}


func main() {
  ctx := context.Background()


  ctxWithCancel, cancel := context.WithCancel(ctx)


  defer cancel()


  go worker(ctxWithCancel)


  time.Sleep(3 * time.Second)
  cancel() // 发送取消信号
  time.Sleep(1 * time.Second)
}

在上面例子中，创建了一个带有取消信号的context，并将它传递给一个 goroutine 中的任务。

调用cancel函数，可以发送取消信号，中断任务的执行。

3.Context 的取消与超时

3.1 使用 Context 实现取消

package main


import (
  "context"
  "fmt"
  "time"
)


func main() {
  ctx := context.Background()
  ctxWithCancel, cancel := context.WithCancel(ctx)


  go func() {
    select {
    case <-ctxWithCancel.Done():
      fmt.Println("收到取消信号，任务结束")
    case <-time.After(2 * time.Second):
      fmt.Println("任务完成")
    }
  }()


  time.Sleep(1 * time.Second)
  
  cancel() // 发送取消信号
  
  time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这个例子中，使用time.After函数模拟一个长时间运行的任务。

如果任务在 2 秒内完成，就打印“任务完成”，否则在接收到取消信号后打印“收到取消信号，任务结束”。

3.2 使用 Context 实现超时控制

package main


import (
  "context"
  "fmt"
  "time"
)


func main() {
  ctx := context.Background()
  
  ctxWithTimeout, cancel := context.WithTimeout(ctx, 2*time.Second)
  
  defer cancel()


  select {
  case <-ctxWithTimeout.Done():
    fmt.Println("超时，任务结束")
  case <-time.After(1 * time.Second):
    fmt.Println("任务完成")
  }
}

在上面例子中，使用context.WithTimeout(parent, duration)函数创建了一个在 2 秒后自动取消的context

如果任务在 1 秒内完成，就打印“任务完成”，否则在 2 秒后打印“超时，任务结束”。

4. Context 的值传递

4.1 使用 WithValue 传递值

package main


import (
  "context"
  "fmt"
)


type key string


func main() {
  ctx := context.WithValue(context.Background(), key("name"), "Alice")
  value := ctx.Value(key("name"))
  fmt.Println("Name:", value)
}

在上面例子中，使用context.WithValue(parent, key, value)函数在context中传递了一个键值对。

使用ctx.Value(key)函数可以获取传递的值。

5. 实际应用场景：HTTP 请求的 Context 使用

5.1 使用 Context 处理 HTTP 请求

package main


import (
  "fmt"
  ".NET/http"
  "time"
)


func handler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  ctx := r.Context()


  select {
  case <-time.After(3 * time.Second):
    fmt.Fprintln(w, "Hello, World!")
  case <-ctx.Done():
    err := ctx.Err()
    fmt.Println("处理请求:", err)
    http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
  }
}


func main() {
  http.HandleFunc("/", handler)
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

在上面例子中，使用http.Request结构体中的Context()方法获取到请求的context，并在处理请求时设置了 3 秒的超时时间。

如果请求在 3 秒内完成，就返回“Hello, World!”，否则返回一个错误。

5.2 处理 HTTP 请求的超时与取消

package main


import (
  "context"
  "fmt"
  "net/http"
  "time"
)


func handler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  ctx, cancel := context.WithTimeout(r.Context(), 2*time.Second)
  defer cancel()


  select {
  case <-time.After(3 * time.Second):
    fmt.Fprintln(w, "Hello, World!")
  case <-ctx.Done():
    err := ctx.Err()
    fmt.Println("处理请求:", err)
    http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
  }
}


func main() {
  http.HandleFunc("/", handler)
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

在上面例子中，使用context.WithTimeout(parent, duration)函数为每个请求设置了 2 秒的超时时间。

如果请求在 2 秒内完成，就返回“Hello, World!”，否则返回一个错误。

6. 数据库操作中的 Context 应用

6.1 使用 Context 控制数据库查询的超时

package main


import (
  "context"
  "database/sql"
  "fmt"
  "time"


  _ "Github.com/go-sql-driver/MySQL"
)


func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "username:password@tcp(localhost:3306)/database")
  
  if err != nil {
    fmt.Println(err)
    return
  }
  
  defer db.Close()


  ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)
  
  defer cancel()


  rows, err := db.QueryContext(ctx, "SELECT * FROM users")
  
  if err != nil {
    fmt.Println("查询出错:", err)
    return
  }
  
  defer rows.Close()


  // 处理查询结果
}

在上面例子中，使用context.WithTimeout(parent, duration)函数为数据库查询设置了 2 秒的超时时间，确保在 2 秒内完成查询操作。

如果查询超时，程序会收到context的取消信号，从而中断数据库查询。

6.2 使用 Context 取消长时间运行的数据库事务

package main


import (
  "context"
  "database/sql"
  "fmt"
  "time"


  _ "github.com/go-sql-driver/mysql"
)


func main() {


  db, err := sql.Open("mysql", "username:password@tcp(localhost:3306)/database")
  
  if err != nil {
    fmt.Println(err)
    return
  }
  defer db.Close()


  tx, err := db.Begin()
  if err != nil {
    fmt.Println(err)
    return
  }


  ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)
  
  defer cancel()


  go func() {
    <-ctx.Done()
    
    fmt.Println("接收到取消信号，回滚事务")
    
    tx.Rollback()
  }()


  // 执行长时间运行的事务操作
  // ...


  err = tx.Commit()
  if err != nil {
  
    fmt.Println("提交事务出错:", err)
    
    return
  }


  fmt.Println("事务提交成功")
}

在这个例子中，使用context.WithTimeout(parent, duration)函数为数据库事务设置了 2 秒的超时时间。

同时使用 goroutine 监听context的取消信号。

在 2 秒内事务没有完成，程序会收到context的取消信号，从而回滚事务。

7. 自定义 Context 的实现

7.1 实现自定义的 Context 类型

package main


import (
  "context"
  "fmt"
  "time"
)


type MyContext struct {
  context.Context
  RequestID string
}


func WithRequestID(ctx context.Context, requestID string) *MyContext {
  return &MyContext{
    Context:   ctx,
    RequestID: requestID,
  }
}


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


func (c *MyContext) Done() <-chan struct{} {
  return c.Context.Done()
}


func (c *MyContext) Err() error {
  return c.Context.Err()
}


func (c *MyContext) Value(key interface{}) interface{} {
  if key == "requestID" {
    return c.RequestID
  }
  return c.Context.Value(key)
}


func main() {
  ctx := context.Background()
  
  ctxWithRequestID := WithRequestID(ctx, "12345")


  requestID := ctxWithRequestID.Value("requestID").(string)
  
  fmt.Println("Request ID:", requestID)
}

在这个例子中，实现了一个自定义的MyContext类型，它包含了一个RequestID字段。

通过WithRequestID函数，可以在原有的context上附加一个RequestID值，然后在需要的时候获取这个值。

7.2 自定义 Context 的应用场景

自定义context类型的应用场景非常广泛，比如在微服务架构中，

可在context中加入一些额外的信息，比如用户 ID、请求来源等，以便在服务调用链路中传递这些信息。

8. Context 的生命周期管理

8.1 Context 的生命周期

context.Context 是不可变的，一旦创建就不能修改。它的值在传递时是安全的，可以被多个 goroutine 共享。

在一个请求处理的生命周期内，通常会创建一个顶级的 Context，然后从这个顶级的 Context 派生出子 Context，传递给具体的处理函数。

8.2 Context 的取消

当请求处理完成或者发生错误时，应该主动调用 context.WithCancel 或 context.WithTimeout 等函数创建的 Context 的 Cancel 函数来通知子 goroutines 停止工作。

这样可以确保资源被及时释放，避免 goroutine 泄漏。

func handleRequest(ctx context.Context) {


    // 派生一个新的 Context，设置超时时间
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second)
    
    defer cancel() // 确保在函数退出时调用 cancel，防止资源泄漏


    // 在这个新的 Context 下进行操作
    // ...
}

8.3 Context 的传递

在函数之间传递 Context 时，确保传递的是必要的最小信息。避免在函数间传递整个 Context，而是选择传递 Context 的衍生物。

如 context.WithValue 创建的 Context，其中包含了特定的键值对信息。

func middleware(next http.Handler) http.Handler {


return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
// 从请求中获取特定的信息
userID := extractUserID(r)


// 将特定的信息存储到 Context 中
ctx := context.WithValue(r.Context(), userIDKey, userID)


// 将新的 Context 传递给下一个处理器
next.ServeHTTP(w, r.WithContext(ctx))


})
}

9. Context 的注意事项

9.1 不要在函数签名中传递 Context

避免在函数的参数列表中传递 context.Context，除非确实需要用到它。

如果函数的逻辑只需要使用 Context 的部分功能，那么最好只传递它需要的具体信息，而不是整个 Context。

// 不推荐的做法
func processRequest(ctx context.Context) {
    // ...
}


// 推荐的做法
func processRequest(userID int, timeout time.Duration) {
    // 使用 userID 和 timeout，而不是整个 Context
}

9.2 避免在结构体中滥用 Context

不要在结构体中保存 context.Context，因为它会增加结构体的复杂性。

若是需要在结构体中使用 Context 的值，最好将需要的值作为结构体的字段传递进来。

type MyStruct struct {
    // 不推荐的做法
    Ctx context.Context
    
    // 推荐的做法
    UserID int
}
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