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控制并发有两种经典的方式,一种是WaitGroup,另外一种就是Context,今天我就谈谈Context。

什么是WaitGroup

WaitGroup以前我们在并发的时候介绍过,它是一种控制并发的方式,它的这种方式是控制多个goroutine同时完成。

func main() {
	var wg sync.WaitGroup

	wg.Add(2)
	go func() {
		time.Sleep(2*time.Second)
		fmt.Println("1号完成")
		wg.Done()
	}()
	go func() {
		time.Sleep(2*time.Second)
		fmt.Println("2号完成")
		wg.Done()
	}()
	wg.Wait()
	fmt.Println("好了,大家都干完了,放工")
}

一个很简单的例子,一定要例子中的2个goroutine同时做完,才算是完成,先做好的就要等着其他未完成的,所有的goroutine要都全部完成才可以。

这是一种控制并发的方式,这种尤其适用于,好多个goroutine协同做一件事情的时候,因为每个goroutine做的都是这件事情的一部分,只有全部的goroutine都完成,这件事情才算是完成,这是等待的方式。

在实际的业务种,我们可能会有这么一种场景:需要我们主动的通知某一个goroutine结束。比如我们开启一个后台goroutine一直做事情,比如监控,现在不需要了,就需要通知这个监控goroutine结束,不然它会一直跑,就泄漏了。

chan通知

我们都知道一个goroutine启动后,我们是无法控制他的,大部分情况是等待它自己结束,那么如果这个goroutine是一个不会自己结束的后台goroutine呢?比如监控等,会一直运行的。

这种情况化,一直傻瓜式的办法是全局变量,其他地方通过修改这个变量完成结束通知,然后后台goroutine不停的检查这个变量,如果发现被通知关闭了,就自我结束。

这种方式也可以,但是首先我们要保证这个变量在多线程下的安全,基于此,有一种更好的方式:chan + select 。

func main() {
	stop := make(chan bool)

	go func() {
		for {
			select {
			case <-stop:
				fmt.Println("监控退出,停止了...")
				return
			default:
				fmt.Println("goroutine监控中...")
				time.Sleep(2 * time.Second)
			}
		}
	}()

	time.Sleep(10 * time.Second)
	fmt.Println("可以了,通知监控停止")
	stop<- true
	//为了检测监控过是否停止,如果没有监控输出,就表示停止了
	time.Sleep(5 * time.Second)

}

例子中我们定义一个stop的chan,通知他结束后台goroutine。实现也非常简单,在后台goroutine中,使用select判断stop是否可以接收到值,如果可以接收到,就表示可以退出停止了;如果没有接收到,就会执行default里的监控逻辑,继续监控,只到收到stop的通知。

有了以上的逻辑,我们就可以在其他goroutine种,给stop chan发送值了,例子中是在main goroutine中发送的,控制让这个监控的goroutine结束。

发送了stop<- true结束的指令后,我这里使用time.Sleep(5 * time.Second)故意停顿5秒来检测我们结束监控goroutine是否成功。如果成功的话,不会再有goroutine监控中...的输出了;如果没有成功,监控goroutine就会继续打印goroutine监控中...输出。

这种chan+select的方式,是比较优雅的结束一个goroutine的方式,不过这种方式也有局限性,如果有很多goroutine都需要控制结束怎么办呢?如果这些goroutine又衍生了其他更多的goroutine怎么办呢?如果一层层的无穷尽的goroutine呢?这就非常复杂了,即使我们定义很多chan也很难解决这个问题,因为goroutine的关系链就导致了这种场景非常复杂。

初识Context

上面说的这种场景是存在的,比如一个网络请求Request,每个Request都需要开启一个goroutine做一些事情,这些goroutine又可能会开启其他的goroutine。所以我们需要一种可以跟踪goroutine的方案,才可以达到控制他们的目的,这就是Go语言为我们提供的Context,称之为上下文非常贴切,它就是goroutine的上下文。

下面我们就使用Go Context重写上面的示例。

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	go func(ctx context.Context) {
		for {
			select {
			case <-ctx.Done():
				fmt.Println("监控退出,停止了...")
				return
			default:
				fmt.Println("goroutine监控中...")
				time.Sleep(2 * time.Second)
			}
		}
	}(ctx)

	time.Sleep(10 * time.Second)
	fmt.Println("可以了,通知监控停止")
	cancel()
	//为了检测监控过是否停止,如果没有监控输出,就表示停止了
	time.Sleep(5 * time.Second)

}

重写比较简单,就是把原来的chan stop 换成Context,使用Context跟踪goroutine,以便进行控制,比如结束等。

context.Background() 返回一个空的Context,这个空的Context一般用于整个Context树的根节点。然后我们使用context.WithCancel(parent)函数,创建一个可取消的子Context,然后当作参数传给goroutine使用,这样就可以使用这个子Context跟踪这个goroutine。

在goroutine中,使用select调用<-ctx.Done()判断是否要结束,如果接受到值的话,就可以返回结束goroutine了;如果接收不到,就会继续进行监控。

那么是如何发送结束指令的呢?这就是示例中的cancel函数啦,它是我们调用context.WithCancel(parent)函数生成子Context的时候返回的,第二个返回值就是这个取消函数,它是CancelFunc类型的。我们调用它就可以发出取消指令,然后我们的监控goroutine就会收到信号,就会返回结束。

Context控制多个goroutine

使用Context控制一个goroutine的例子如上,非常简单,下面我们看看控制多个goroutine的例子,其实也比较简单。

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	go watch(ctx,"【监控1】")
	go watch(ctx,"【监控2】")
	go watch(ctx,"【监控3】")

	time.Sleep(10 * time.Second)
	fmt.Println("可以了,通知监控停止")
	cancel()
	//为了检测监控过是否停止,如果没有监控输出,就表示停止了
	time.Sleep(5 * time.Second)
}

func watch(ctx context.Context, name string) {
	for {
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println(name,"监控退出,停止了...")
			return
		default:
			fmt.Println(name,"goroutine监控中...")
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}
}

示例中启动了3个监控goroutine进行不断的监控,每一个都使用了Context进行跟踪,当我们使用cancel函数通知取消时,这3个goroutine都会被结束。这就是Context的控制能力,它就像一个控制器一样,按下开关后,所有基于这个Context或者衍生的子Context都会收到通知,这时就可以进行清理操作了,最终释放goroutine,这就优雅的解决了goroutine启动后不可控的问题。

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Context接口

Context的接口定义的比较简洁,我们看下这个接口的方法。

type Context interface {
	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

	Done() <-chan struct{}

	Err() error

	Value(key interface{}) interface{}
}

这个接口共有4个方法,了解这些方法的意思非常重要,这样我们才可以更好的使用他们。

Deadline方法是获取设置的截止时间的意思,第一个返回式是截止时间,到了这个时间点,Context会自动发起取消请求;第二个返回值ok==false时表示没有设置截止时间,如果需要取消的话,需要调用取消函数进行取消。

Done方法返回一个只读的chan,类型为struct{},我们在goroutine中,如果该方法返回的chan可以读取,则意味着parent context已经发起了取消请求,我们通过Done方法收到这个信号后,就应该做清理操作,然后退出goroutine,释放资源。

Err方法返回取消的错误原因,因为什么Context被取消。

Value方法获取该Context上绑定的值,是一个键值对,所以要通过一个Key才可以获取对应的值,这个值一般是线程安全的。

以上四个方法中常用的就是Done了,如果Context取消的时候,我们就可以得到一个关闭的chan,关闭的chan是可以读取的,所以只要可以读取的时候,就意味着收到Context取消的信号了,以下是这个方法的经典用法。

  func Stream(ctx context.Context, out chan<- Value) error {
  	for {
  		v, err := DoSomething(ctx)
  		if err != nil {
  			return err
  		}
  		select {
  		case <-ctx.Done():
  			return ctx.Err()
  		case out <- v:
  		}
  	}
  }

Context接口并不需要我们实现,Go内置已经帮我们实现了2个,我们代码中最开始都是以这两个内置的作为最顶层的partent context,衍生出更多的子Context。

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

func Background() Context {
	return background
}

func TODO() Context {
	return todo
}

一个是Background,主要用于main函数、初始化以及测试代码中,作为Context这个树结构的最顶层的Context,也就是根Context。

一个是TODO,它目前还不知道具体的使用场景,如果我们不知道该使用什么Context的时候,可以使用这个。

他们两个本质上都是emptyCtx结构体类型,是一个不可取消,没有设置截止时间,没有携带任何值的Context。

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
}

这就是emptyCtx实现Context接口的方法,可以看到,这些方法什么都没做,返回的都是nil或者零值。

Context的继承衍生

有了如上的根Context,那么是如何衍生更多的子Context的呢?这就要靠context包为我们提供的With系列的函数了。

func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context

这四个With函数,接收的都有一个partent参数,就是父Context,我们要基于这个父Context创建出子Context的意思,这种方式可以理解为子Context对父Context的继承,也可以理解为基于父Context的衍生。

通过这些函数,就创建了一颗Context树,树的每个节点都可以有任意多个子节点,节点层级可以有任意多个。

WithCancel函数,传递一个父Context作为参数,返回子Context,以及一个取消函数用来取消Context。 WithDeadline函数,和WithCancel差不多,它会多传递一个截止时间参数,意味着到了这个时间点,会自动取消Context,当然我们也可以不等到这个时候,可以提前通过取消函数进行取消。

WithTimeoutWithDeadline基本上一样,这个表示是超时自动取消,是多少时间后自动取消Context的意思。

WithValue函数和取消Context无关,它是为了生成一个绑定了一个键值对数据的Context,这个绑定的数据可以通过Context.Value方法访问到,后面我们会专门讲。

大家可能留意到,前三个函数都返回一个取消函数CancelFunc,这是一个函数类型,它的定义非常简单。

type CancelFunc func()

这就是取消函数的类型,该函数可以取消一个Context,以及这个节点Context下所有的所有的Context,不管有多少层级。

WithValue传递元数据

通过Context我们也可以传递一些必须的元数据,这些数据会附加在Context上以供使用。

var key string="name"

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	//附加值
	valueCtx:=context.WithValue(ctx,key,"【监控1】")
	go watch(valueCtx)
	time.Sleep(10 * time.Second)
	fmt.Println("可以了,通知监控停止")
	cancel()
	//为了检测监控过是否停止,如果没有监控输出,就表示停止了
	time.Sleep(5 * time.Second)
}

func watch(ctx context.Context) {
	for {
		select {
		case <-ctx.Done():
			//取出值
			fmt.Println(ctx.Value(key),"监控退出,停止了...")
			return
		default:
			//取出值
			fmt.Println(ctx.Value(key),"goroutine监控中...")
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}
}

在前面的例子,我们通过传递参数的方式,把name的值传递给监控函数。在这个例子里,我们实现一样的效果,但是通过的是Context的Value的方式。

我们可以使用context.WithValue方法附加一对K-V的键值对,这里Key必须是等价性的,也就是具有可比性;Value值要是线程安全的。

这样我们就生成了一个新的Context,这个新的Context带有这个键值对,在使用的时候,可以通过Value方法读取ctx.Value(key)

记住,使用WithValue传值,一般是必须的值,不要什么值都传递。

Context 使用原则

  1. 不要把Context放在结构体中,要以参数的方式传递
  2. 以Context作为参数的函数方法,应该把Context作为第一个参数,放在第一位。
  3. 给一个函数方法传递Context的时候,不要传递nil,如果不知道传递什么,就使用context.TODO
  4. Context的Value相关方法应该传递必须的数据,不要什么数据都使用这个传递
  5. Context是县城安全的,可以放心的在多个goroutine中传递

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