Go语言并发编程基础上下文概念详解

目录
  • 前言
  • 1 Go 中的 Context
  • 2 Context 接口
  • 3 Context Tree
  • 4 创建上下文
    • 4.1 上下文创建函数
    • 4.2 Context 使用规范
    • 4.3 Context 使用场景
  • 5 总结

前言

相信大家以前在做阅读理解的时候,一定有从老师那里学一个技巧或者从参考答案看个:结合上下文。根据上下文我们能够找到有助于解题的相关信息,也能更加了解段落的思想。

在开发过程中,也有这个上下文(Context)的概念,而且上下文也必不可少,缺少上下文,就不能获取完整的程序信息。那么什么是程序中的上下文呢?

简单来说,就是在 API 之间或者函数调用之间,除了业务参数信息之外的额外信息。比如,服务器接收到客户端的 HTTP 请求之后,可以把客户端的 IP 地址和端口、客户端的身份信息、请求接收的时间、Trace ID 等信息放入到上下文中,这个上下文可以在后端的方法调用中传递。

1 Go 中的 Context

Golang 的上下文也是应用开发常用的并发控制工具。同理,上下文可以用于在程序中的 API 层或进程之间共享请求范围的数据,除此之外,Go 的 Context 库还提供取消信号(Cancel)以及超时机制(Timeout)。

Context 又被称为上下文,与 WaitGroup 不同的是,Context 对于派生 goroutine 有更强的控制力,可以管理多级的 goroutine。

但我们在 Go 中创建一个 goroutine 时,如果发生了一个错误,并且这个错误永远不会终止,而其他程序会继续进行。加入有一个不被调用的 goroutine 运行无限循环,如下所示:

package main
import "fmt"
func main() {
    dataCom := []string{"alex", "kyrie", "kobe"}
    go func(data []string) {
        // 模拟大量运算的死循环
    }(dataCom)
    // 其他代码正常执行
    fmt.Println("剩下的代码执行正常逻辑")
}

上面的例子并不完整,dataCom goroutine 可能会也可能不会成功处理数据。它可能会进入无限循环或导致错误。我们的其余代码将不知道发生了什么。

有多种方法可以解决这个问题。其中之一是使用通道向我们的主线程发送一个信号,表明这个 goroutine 花费的时间太长,应该取消它。

package main
import (
	"fmt"
	"time"
)
func main() {
	stopChannel := make(chan bool)
	dataCom := []string{"alex", "kyrie", "kobe"}
	go func(stopChannel chan bool) {
		go func(data []string) {
			// 大量的计算
		}(dataCom)
		for range time.After(2 * time.Second) {
			fmt.Println("此操作运行时间过长,取消中")
			stopChannel <- true
		}
	}(stopChannel)
	<-stopChannel
	// 其他代码正常执行
	fmt.Println("剩下的代码执行正常逻辑")
}

上面的逻辑很简单。我们正在使用一个通道向我们的主线程发出这个 goroutine 花费的时间太长的信号。但是同样的事情可以用 context 来完成,这正是 context 包存在的原因。

package main
import (
	"context"
	"fmt"
	"time"
)
func main() {
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*2)
	defer cancel()
	dataCom := []string{"alex", "kyrie", "kobe"}
	go func() {
		go func(data []string) {
			// 大量的计算
		}(dataCom)
		for range time.After(2 * time.Second) {
			fmt.Println("此操作运行时间过长,取消中")
			cancel()
			return
		}
	}()
	select {
	case <-ctx.Done():
		fmt.Println("上下文被取消")
	}
}

2 Context 接口

Context 接口定义:

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

Context 接口定义了 4 个方法:

  • Deadline(): 返回取消此上下文的时间 deadline(如果有)。如果未设置 deadline 时,则返回 ok==false,此时 deadline 为一个初始值的 time.Time 值。后续每次调用这个对象的 Deadline 方法时,都会返回和第一次调用相同的结果。
  • Done() : 返回一个用于探测 Context 是否取消的 channel,当 Context 取消会自动将该 channel 关闭,如果该 Context 不能被永久取消,该函数返回 nil。例如 context.Background();如果 Done 被 close,Err 方法会返回 Done 被 close 的原因。
  • Err(): 该方法会返回 context 被关闭的原因,关闭原因由 context 实现控制,不需要用户设置;如果 Done() 尚未关闭,则 Err() 返回 nil
  • Value() : 在树状分布的 goroutine 之间共享数据,用 map 键值的工作方法,通过 key 值查询 value。

每次创建新上下文时,都会得到一个符合此接口的类型。上下文的真正实现隐藏在这个包和这个接口后面。这些是您可以创建的工厂类型的上下文:

context.TODO

context.Background

context.WithCancel

context.WithValue

context.WithTimeout

context.WithDeadline

3 Context Tree

在实际实现中,我们通常使用派生上下文。我们创建一个父上下文并将其传递到一个层,我们派生一个新的上下文,它添加一些额外的信息并将其再次传递到下一层,依此类推。通过这种方式,我们创建了一个从作为父级的根上下文开始的上下文树。

这种结构的优点是我们可以一次性控制所有上下文的取消。如果根信号关闭了上下文,它将在所有派生的上下文中传播,这些上下文可用于终止所有进程,立即释放所有内容。这使得上下文成为并发编程中非常强大的工具。

4 创建上下文

4.1 上下文创建函数

我们可以从现有的上下文中创建或派生上下文。顶层(根)上下文是使用 BackgroundTODO 方法创建的,而派生上下文是使用 WithCancel、WithDeadline、WithTimeout 或 WithValue 方法创建的。

所有派生的上下文方法都返回一个取消函数 CancelFunc,但 WithValue 除外,因为它与取消无关。调用 CancelFunc 会取消子项及其子项,删除父项对子项的引用,并停止任何关联的计时器。调用 CancelFunc 失败会泄漏子项及其子项,直到父项被取消或计时器触发。

  • context.Background() ctx Context

此函数返回一个空上下文。这通常只应在主请求处理程序或顶级请求处理程序中使用。这可用于为主函数、初始化、测试以及后续层或其他 goroutine 派生上下文的时候。

ctx, cancel := context.Background()
  • context.TODO() ctx Context

此函数返回一个非 nil 的、空的上下文。没有任何值、不会被 cancel,不会超时,也没有截止日期。但是,这也应该仅在您不确定要使用什么上下文或者该函数还不能用于接收上下文时,可以使用这个方法,并且将在将来需要添加时使用。

ctx, cancel := context.TODO()
  • context.WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

这个函数接受一个上下文并返回一个派生的上下文,其中值 val 与 key 相关联,并与上下文一起经过上下文树。

WithValue 方法其实是创建了一个类型为 valueCtx 的上下文,它的类型定义如下:

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

这意味着一旦你得到一个带有值的上下文,任何从它派生的上下文都会得到这个值。该值是不可变的,因此是线程安全的。

提供的键必须是可比较的,并且不应该是字符串类型或任何其他内置类型,以避免使用上下文的包之间发生冲突。 WithValue 的用户应该为键定义自己的类型。

为避免在分配给 interface{} 时进行分配,上下文键通常具有具体类型 struct{}。或者,导出的上下文键变量的静态类型应该是指针或接口。

package main
import (
  "context"
  "fmt"
)
type contextKey string
func main() {
  var authToken contextKey = "auth_token"
  ctx := context.WithValue(context.Background(), authToken, "Hello123456")
  fmt.Println(ctx.Value(authToken))
}

运行该代码:

$ go run .           
Hello123456

  • func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)

此函数接收父上下文并返回派生上下文,返回 parent 的副本,只是副本中的 Done Channel 是新建的对象,它的类型是 cancelCtx。在这个派生上下文中,添加了一个新的 Done channel,该 channel 在调用 cancel 函数或父上下文的 Done 通道关闭时关闭。

要记住的一件事是,我们永远不应该在不同的函数或层之间传递这个 cancel ,因为它可能会导致意想不到的结果。创建派生上下文的函数应该只调用取消函数。

下面是一个使用 Done 通道演示 goroutine 泄漏的示例:

package main
import (
  "context"
  "fmt"
  "math/rand"
  "time"
)
func main() {
  rand.Seed(time.Now().UnixNano())
  ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
  defer cancel()
  for char := range randomCharGenerator(ctx) {
    generatedChar := string(char)
    fmt.Printf("%v\n", generatedChar)
    if generatedChar == "o" {
      break
    }
  }
}
func randomCharGenerator(ctx context.Context) <-chan int {
  char := make(chan int)
  seedChar := int('a')
  go func() {
    for {
      select {
      case <-ctx.Done():
        fmt.Printf("found %v", seedChar)
        return
      case char <- seedChar:
        seedChar = 'a' + rand.Intn(26)
      }
    }
  }()
  return char
}

运行结果:

$ go run .           
a
m
q
c
l
t
o

  • func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc)

此函数从其父级返回派生上下文,返回一个 parent 的副本。

当期限超过或调用取消函数时,该派生上下文将被取消。例如,您可以创建一个在未来某个时间自动取消的上下文,并将其传递给子函数。当该上下文由于截止日期用完而被取消时,所有获得该上下文的函数都会收到通知停止工作并返回。如果 parent 的截止日期已经早于 d,则上下文的 Done 通道已经关闭。

下面是我们正在读取一个大文件的示例,该文件的截止时间为当前时间 2 毫秒。我们将获得 2 毫秒的输出,然后将关闭上下文并退出程序。

package main
import (
    "bufio"
    "context"
    "fmt"
    "log"
    "os"
    "time"
)
func main() {
    // context with deadline after 2 millisecond
    ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), time.Now().Add(2*time.Millisecond))
    defer cancel()
    lineRead := make(chan string)
    var fileName = "sample-file.txt"
    file, err := os.Open(fileName)
    if err != nil {
        log.Fatalf("failed opening file: %s", err)
    }
    scanner := bufio.NewScanner(file)
    scanner.Split(bufio.ScanLines)
    // goroutine to read file line by line and passing to channel to print
    go func() {
        for scanner.Scan() {
            lineRead <- scanner.Text()
        }
        close(lineRead)
        file.Close()
    }()
outer:
    for {
        // printing file line by line until deadline is reached
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("process stopped. reason: ", ctx.Err())
            break outer
        case line := <-lineRead:
            fmt.Println(line)
        }
    }
}
  • func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)

这个函数类似于 context.WithDeadline。不同之处在于它将持续时间作为输入而不是时间对象。此函数返回一个派生上下文,如果调用取消函数或超过超时持续时间,该上下文将被取消。

WithTimeout 的实现是:

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
    // 当前时间+timeout就是deadline
    return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}

WithTimeout 返回 WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))

package main
import (
    "bufio"
    "context"
    "fmt"
    "log"
    "os"
    "time"
)
func main() {
    // context with deadline after 2 millisecond
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Millisecond)
    defer cancel()
    lineRead := make(chan string)
    var fileName = "sample-file.txt"
    file, err := os.Open(fileName)
    if err != nil {
        log.Fatalf("failed opening file: %s", err)
    }
    scanner := bufio.NewScanner(file)
    scanner.Split(bufio.ScanLines)
    // goroutine to read file line by line and passing to channel to print
    go func() {
        for scanner.Scan() {
            lineRead <- scanner.Text()
        }
        close(lineRead)
        file.Close()
    }()
outer:
    for {
        // printing file line by line until deadline is reached
        select {
        case <-ctx.Done():
            fmt.Println("process stopped. reason: ", ctx.Err())
            break outer
        case line := <-lineRead:
            fmt.Println(line)
        }
    }
}

如果父上下文的 Done 通道关闭,它最终将关闭所有派生的 Done 通道(所有后代),如:

package main
import (
    "context"
    "fmt"
    "time"
)
func main() {
    c := make(chan string)
    go func() {
        time.Sleep(1 * time.Second)
        c <- "one"
    }()
    ctx1 := context.Context(context.Background())
    ctx2, cancel2 := context.WithTimeout(ctx1, 2*time.Second)
    ctx3, cancel3 := context.WithTimeout(ctx2, 10*time.Second) // derives from ctx2
    ctx4, cancel4 := context.WithTimeout(ctx2, 3*time.Second)  // derives from ctx2
    ctx5, cancel5 := context.WithTimeout(ctx4, 5*time.Second)  // derives from ctx4
    cancel2()
    defer cancel3()
    defer cancel4()
    defer cancel5()
    select {
    case <-ctx3.Done():
        fmt.Println("ctx3 closed! error: ", ctx3.Err())
    case <-ctx4.Done():
        fmt.Println("ctx4 closed! error: ", ctx4.Err())
    case <-ctx5.Done():
        fmt.Println("ctx5 closed! error: ", ctx5.Err())
    case msg := <-c:
        fmt.Println("received", msg)
    }
}

在这里,由于我们在创建其他派生上下文后立即关闭 ctx2,因此所有其他上下文也会立即关闭,随机打印 ctx3、ctx4 和 ctx5 关闭消息。 ctx5 是从 ctx4 派生的,由于 ctx2 关闭的级联效应,它正在关闭。尝试多次运行,您会看到不同的结果。

使用 Background 或 TODO 方法创建的上下文没有取消、值或截止日期。

package main
import (
    "context"
    "fmt"
)
func main() {
    ctx := context.Background()
    _, ok := ctx.Deadline()
    if !ok {
        fmt.Println("no dealine is set")
    }
    done := ctx.Done()
    if done == nil {
        fmt.Println("channel is nil")
    }
}

4.2 Context 使用规范

  • 不要将上下文存储在结构类型中;相反,将 Context 显式传递给需要它的每个函数。 Context 应该是第一个参数,通常命名为 ctx。
func DoSomething(ctx context.Context, arg Arg) error {
    // ... use ctx ...
}
  • 不要传递 nil 上下文,即使函数允许。如果不确定要使用哪个 Context,请传递 context.TODO 或使用 context.Background() 创建一个空的上下文对象。
  • 仅使用上下文传递请求范围的数据。不要传递应该使用函数参数传递的数据。
  • 始终寻找 goroutine 泄漏并有效地使用上下文来避免这种情况。
  • 如果父上下文的 Done 通道关闭,它最终将关闭所有派生的 Done 通道(所有后代)
  • 上下文只是临时做函数之间的上下文传透,不能持久化上下文
  • key 的类型不应该是字符串类型或者其它内建类型,否则容易在包之间使用 Context 时候产生冲突。使用 WithValue 时,key 的类型应该是自己定义的类型。

4.3 Context 使用场景

  • 上下文信息传递 (request-scoped),比如处理 http 请求、在请求处理链路上传递信息;
  • 控制子 goroutine 的运行;
  • 超时控制的方法调用;
  • 可以取消的方法调用。

5 总结

Context 是在 Go 中进行并发编程时最重要的工具之一。上下文的主要作用是在多个 Goroutine 或者模块之间同步取消信号或者截止日期,用于减少对资源的消耗和长时间占用,避免资源浪费。标准库中的 database/sql、os/exec、net、net/http 等包中都使用到了 Context。

参考链接:

Go Concurrency Patterns: Context

Simplifying context in Go

以上就是Go语言并发编程基础上下文概念详解的详细内容,更多关于Go语言并发上下文的资料请关注我们其它相关文章!

(0)

相关推荐

  • 如何基于Django实现上下文章跳转

    图例如下 1.先在detail.html中做好页面上下文链接:然后在view.py中进行数据绑定: 2.访问验证 以上 以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们.

  • golang的协程上下文的具体使用

    go协程上下文context golang的context 主要用来在 goroutine 之间传递上下文信息,包括:取消信号.超时时间.截止时间.k-v 等 context是golang1.17版本之后才出的特性 上下文解决的问题 协程间的通信 例如web应用中,每一个请求都由一个协程去处理.当然处理处理请求的这个协程,一般我们还会起一些其他的协程,用来处理其他的业务,比如操作数据库,生份验证.文件读写等.这些协程是独立的,我们在当前的协程中无法感知到其他的协程执行的情况怎么样了.实用通道ch

  • Go语言上下文context底层原理

    目录 1. context 介绍 2. 基本介绍 3. 源码分析 3.1 Context 接口 3.2 emptyCtx 3.3 cancelCtx 3.4 timerCtx 3.5 valueCtx 4. 使用建议 1. context 介绍 很多时候,我们会遇到这样的情况,上层与下层的goroutine需要同时取消,这样就涉及到了goroutine间的通信.在Go中,推荐我们以通信的方式共享内存,而不是以共享内存的方式通信.所以,就需要用到channl,但是,在上述场景中,如果需要自己去处理

  • Django 中间键和上下文处理器的使用

    一.中间键的引入: Django中间件(Middleware)是一个 轻量级.底层的 "插件"系 统,可以介入 Django的请求和响应处理过程, 修改 Django的输入或输出. django中的中间键: django 中的中间件(middleware),在django中,中间件其实就是一个类,在请求到来和结束后,django会根据自己的规则在合适的时机执行中间件中相应的方法. 在 django项目的settings模块中,有一个 MIDDLEWARE_CLASSES 变量,其中每一

  • Go语言context上下文管理的使用

    目录 context有什么作用 传递共享的数据 取消goroutine 防止goroutine泄漏 context.Value的查找过程是怎样的 context 有什么作用 context 主要用来在goroutine 之间传递上下文信息,包括:取消信号.超时时间.截止时间.k-v 等. Go 常用来写后台服务,通常只需要几行代码,就可以搭建一个 http server. 在 Go 的 server 里,通常每来一个请求都会启动若干个 goroutine 同时工作:有些去数据库拿数据,有些调用下

  • 使用Golang的Context管理上下文的方法

    golang 1.7版本中context库被很多标准库的模块所使用,比如net/http和os的一些模块中,利用这些原生模块,我们就不需要自己再写上下文的管理器了,直接调用函数接口即可实现,利用context我们可以实现一些比如请求的声明周期内的变量管理,执行一些操作的超时等等. 保存上下文对象 这里我们通过一个简单的例子来看一下如何使用context的特性来实现上下文的对象保存,这里我们写了一个简单的http server,具有登录和退出,状态检查路由(检查用户是否登录) func main(

  • Go语言并发编程基础上下文概念详解

    目录 前言 1 Go 中的 Context 2 Context 接口 3 Context Tree 4 创建上下文 4.1 上下文创建函数 4.2 Context 使用规范 4.3 Context 使用场景 5 总结 前言 相信大家以前在做阅读理解的时候,一定有从老师那里学一个技巧或者从参考答案看个:结合上下文.根据上下文我们能够找到有助于解题的相关信息,也能更加了解段落的思想. 在开发过程中,也有这个上下文(Context)的概念,而且上下文也必不可少,缺少上下文,就不能获取完整的程序信息.那

  • Java并发编程Semaphore计数信号量详解

    Semaphore 是一个计数信号量,它的本质是一个共享锁.信号量维护了一个信号量许可集.线程可以通过调用acquire()来获取信号量的许可:当信号量中有可用的许可时,线程能获取该许可:否则线程必须等待,直到有可用的许可为止. 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可(用完信号量之后必须释放,不然其他线程可能会无法获取信号量). 简单示例: package me.socketthread; import java.util.concurrent.ExecutorService;

  • Java并发编程总结——慎用CAS详解

    一.CAS和synchronized适用场景 1.对于资源竞争较少的情况,使用synchronized同步锁进行线程阻塞和唤醒切换以及用户态内核态间的切换操作额外浪费消耗cpu资源:而CAS基于硬件实现,不需要进入内核,不需要切换线程,操作自旋几率较少,因此可以获得更高的性能. 2.对于资源竞争严重的情况,CAS自旋的概率会比较大,从而浪费更多的CPU资源,效率低于synchronized.以java.util.concurrent.atomic包中AtomicInteger类为例,其getAn

  • Java并发编程预防死锁过程详解

    这篇文章主要介绍了Java并发编程预防死锁过程详解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 在java并发编程领域已经有技术大咖总结出了发生死锁的条件,只有四个条件都发生时才会出现死锁: 1.互斥,共享资源X和Y只能被一个线程占用 2.占有且等待,线程T1已经取得共享资源X,在等待共享资源Y的时候,不释放共享资源X 3.不可抢占,其他线程不能强行抢占线程T1占有的资源 4.循环等待,线程T1等待线程T2占有的资源,线程T2等待线程T1占有

  • Kotlin编程基础数据类型示例详解

    目录 本文总览 1.数值类型 2.布尔型 3.字符串 3.1 字符串字面值 3.2 字符串模板 4.数组 4.1 普通数组 4.2 原⽣类型数组 5.类型检测和类型转换 5.1 智能转换 5.2 is 与 !is 操作符 5.3 转换操作符: as 与 as? 总结 本文总览 上一篇学习了Kotlin基础语法知识,本篇开始会深入探讨一下Kotlin各个基础语法点.首先来熟悉Kotlin的数据类型和类型转换版块. 1.数值类型 在Kotlin中提供了数值类型: 整数类型:Byte,Short,In

  • golang 并发编程之生产者消费者详解

    golang 最吸引人的地方可能就是并发了,无论代码的编写上,还是性能上面,golang 都有绝对的优势 学习一个语言的并发特性,我喜欢实现一个生产者消费者模型,这个模型非常经典,适用于很多的并发场景,下面我通过这个模型,来简单介绍一下 golang 的并发编程 go 并发语法 协程 go 协程是 golang 并发的最小单元,类似于其他语言的线程,只不过线程的实现借助了操作系统的实现,每次线程的调度都是一次系统调用,需要从用户态切换到内核态,这是一项非常耗时的操作,因此一般的程序里面线程太多会

  • Java多线程之并发编程的核心AQS详解

    目录 一.AQS简介 1.1.AOS概念 1.2.AQS的核心思想 1.3.AQS是自旋锁 1.4.AQS支持两种资源分享的方式 二.AQS原理 2.1.同步状态的管理 2.2.等待队列 2.3.CLH队列中的结点 2.4.队列定义 2.5.AQS底层的CAS机制 2.6.通过ReentrantLock理解AQS 三.AQS方法 3.1.用户需要自己重写的方法 3.2.AQS 提供的一系列模板方法 3.3.acquire(int)方法 3.4.release(int)方法 3.5.acquire

  • python 并发编程 多路复用IO模型详解

    多路复用IO(IO multiplexing) 这种IO方式为事件驱动IO(event driven IO). 我们都知道,select/epoll的好处就在于单个进程process就可以同时处理多个网络连接的IO.它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket,当某个socket有数据到达了,就通知用户进程.它的流程如图: select是多路复用的一种 当用户进程调用了select,那么整个进程会被block,而同时,kernel会"监视&qu

  • Java并发编程之阻塞队列详解

    1.什么是阻塞队列? 队列是一种数据结构,它有两个基本操作:在队列尾部加入一个元素,从队列头部移除一个元素.阻塞队里与普通的队列的区别在于,普通队列不会对当前线程产生阻塞,在面对类似消费者-生产者模型时,就必须额外的实现同步策略以及线程间唤醒策略.使用阻塞队列,就会对当前线程产生阻塞,当队列是空时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞,当队列是满时,往队列里添加元素的操作也会被阻塞. 2.主要的阻塞队列及其方法 java.util.concurrent包下提供主要的几种阻塞队列,主要有以下几个: 1

  • java语言注解基础概念详解

    1.RetentionPolicy.SOURCE:注解只保留在源文件,当Java文件编译成class文件的时候,注解被遗弃: 2.RetentionPolicy.CLASS:注解被保留到class文件,但jvm加载class文件时候被遗弃,这是默认的生命周期: 3.RetentionPolicy.RUNTIME:注解不仅被保存到class文件中,jvm加载class文件之后,仍然存在: 这3个生命周期分别对应于:Java源文件(.java文件)--->.class文件--->内存中的字节码.

随机推荐