go并發(fā)控制利器-centext(鐵索連環(huán))

更便捷的goroutine控制利器- Context

首先要和大家說聲抱歉哈，由于工作上、生活上的某些瑣事，以至于造成本節(jié)的斷更。不過請不要悲傷。因為我在這期間也是做過詳細(xì)的復(fù)習(xí)的。我相信一定會讓你有更加深入的理解，同時也歡迎你向我提出不足。我們共同進步。話不多說，我相信你已經(jīng)迫不及待了。還在等什么？let‘s GO

在本文中，我首先會介紹context是什么，它有什么作用，以及如何使用，其中還會參雜一點個人的理解，以及部分源碼的了解。What are you waiting for?

Context：

來自官方文檔

Context包定義了上下文類型，該類型在API邊界之間以及進程之間傳遞截止日期，取消信號和其他請求范圍的值

對服務(wù)器的傳入請求應(yīng)創(chuàng)建一個Context，而對服務(wù)器的傳出調(diào)用應(yīng)接受一個Context。

它們之間的函數(shù)調(diào)用鏈必須傳播Context，可以選擇將其替換為使用WithCancel，WithDeadline，WithTimeout或WithValue創(chuàng)建的派生Context。取消上下文后，從該上下文派生的所有上下文也會被取消。

WithCancel，WithDeadline和WithTimeout函數(shù)采用Context（父級）并返回派生的Context（子級）和CancelFunc。調(diào)用CancelFunc會取消該子代及其子代，刪除父代對該子代的引用，并停止所有關(guān)聯(lián)的計時器。未能調(diào)用CancelFunc會使子代及其子代泄漏，直到父代被取消或計時器觸發(fā)。審核工具檢查所有控制流路徑上是否都使用了CancelFuncs。

使用上下文的程序應(yīng)遵循以下規(guī)則，以使各個包之間的接口保持一致，并使靜態(tài)分析工具可以檢查上下文傳播：

不要將上下文存儲在結(jié)構(gòu)類型中；而是將上下文明確傳遞給需要它的每個函數(shù)。 Context應(yīng)該是第一個參數(shù)，通常命名為ctx：

func?DoSomething(ctx?context.Context,?arg?Arg)?error?{

//??...?use?ctx?...

}

即使函數(shù)允許，也不要傳遞nil Context。如果不確定使用哪個上下文，請傳遞context.TODO

僅將上下文值用于傳遞過程和API的請求范圍數(shù)據(jù)，而不用于將可選參數(shù)傳遞給函數(shù)。

可以將相同的上下文傳遞給在不同goroutine中運行的函數(shù)。上下文可以安全地被多個goroutine同時使用

巴拉巴拉，說了一大堆，反正我一句沒懂，當(dāng)然我知道context是干嘛的，（尬～，不小心暴露了，學(xué)渣的本質(zhì)），說說我的理解以及使用建議

對服務(wù)器的傳入請求應(yīng)創(chuàng)建一個Context，而對服務(wù)器的傳出響應(yīng)也應(yīng)接受一個Context。

函數(shù)調(diào)用鏈必須傳播Context，也可以選擇將其替換為使用WithCancel，WithDeadline，WithTimeout或WithValue創(chuàng)建的派生Context(也就是子類context)。取消上下文后，從該上下文派生的所有上下文也會被取消

Context 不要放在結(jié)構(gòu)體中，要以參數(shù)的方式傳遞。

Context 作為函數(shù)的參數(shù)時，要放在第一位，也就是第一個參數(shù)。

要使用 context.Background 函數(shù)生成根節(jié)點的 Context，也就是最頂層的 Context。

Context 傳值要傳遞必須的值，而且要盡可能地少，不要什么都傳。

Context 多協(xié)程安全，可以在多個協(xié)程中放心使用。

go Context定義

Context 是Go 1.7 標(biāo)準(zhǔn)庫引入 的標(biāo)準(zhǔn)庫，中文譯作“上下文”，準(zhǔn)確說它是 goroutine 的上下文，包含 goroutine 的運行狀態(tài)、環(huán)境、現(xiàn)場等信息。

使用context，我們可以輕松優(yōu)雅的做到取消goroutine，超時時間,運行截止時間，k-v存儲等。它是并發(fā)安全的

隨著 context 包的引入，標(biāo)準(zhǔn)庫中很多接口因此加上了 context 參數(shù)，例如 database/sql 包。context 幾乎成為了并發(fā)控制和超時控制的標(biāo)準(zhǔn)做法。

context.Context 類型的值可以協(xié)調(diào)多個 groutine 中的代碼執(zhí)行“取消”操作，并且可以存儲鍵值對。最重要的是它是并發(fā)安全的。

與它協(xié)作的 API 都可以由外部控制執(zhí)行“取消”操作，例如：取消一個 HTTP 請求的執(zhí)行。

止于這些么？當(dāng)然 不止,還有更多的騷操作，接下來讓我們一起拿下它吧。

引入

為什么需要使用context，理由一

一個協(xié)程啟動后，大部分情況需要等待里面的代碼執(zhí)行完畢，然后協(xié)程會自行退出。但需要讓協(xié)程提前退出怎么辦呢？

下面我們以一個小的示例，來逐漸了解context的妙用之一吧

package?main

import?(

"fmt"

"sync"

"time"

)

func?monitor(name?string)?{

//開啟for?select循環(huán)，j進行后臺監(jiān)控

for?{

select?{

default:

fmt.Printf("Time:?%v?監(jiān)控者:%s,?正在監(jiān)控...\n",?time.Now().Unix(),?name)

}

//?sleep?1?second

time.Sleep(time.Second?*?5)

fmt.Printf("%s?監(jiān)控完成，一切正常，請指示?over...\n",?name)

}

}

func?main()?{

var?wg?sync.WaitGroup

//?Define?waiting?group

wg.Add(1)

go?func()?{

//?Execution?complete

defer?wg.Done()

monitor("天眼")

}()

//Exit?after?waiting

wg.Wait()

}

我們在這里實現(xiàn)了一個基本的groutine執(zhí)行的case

我們定義了等待組wait group,防止協(xié)程提前退出。關(guān)于wait group可參考上一篇文章，golang并發(fā)控制的心應(yīng)手。

他會周期性的運行，不斷打印監(jiān)控信息，例如

那么我們完成上述的那個需求提前退出,那么該怎么辦呢？其中一個方法就是定義一個全局的sign，其他地方可以通過修改這個sign發(fā)出停止監(jiān)控的指令。然后在協(xié)程中先檢查這個變量，如果發(fā)現(xiàn)被通知關(guān)閉就停止監(jiān)控，退出當(dāng)前協(xié)程。從而實現(xiàn)可控制提前退出。示例代碼如下

package?main

import?(

"fmt"

"sync"

"time"

)

func?monitor1(signCh?chan?bool,?MonitoringPeriod?time.Duration,?name?string,?)?{

//開啟for?select循環(huán)，一直后臺監(jiān)控

for?{

select?{

case?<-signCh:

fmt.Println(name,?"停止指令已收到，停止...")

return

default:

fmt.Printf("Time:?%v?[監(jiān)控者]:%s,?正在監(jiān)控...\n",?time.Now().Unix(),?name)

}

time.Sleep(MonitoringPeriod?*?time.Second)

}

}

func?main()?{

var?wg?sync.WaitGroup

signCh?:=?make(chan?bool)?//sign?用來停止監(jiān)控

const?MonitoringTime,?MonitoringPeriod?=?20,?2

wg.Add(1)

go?func()?{

defer?wg.Done()

monitor1(signCh,?MonitoringPeriod,?"天眼")

}()

time.Sleep(MonitoringTime?*?time.Second)?//實施監(jiān)控時間

signCh?<-?true???????????????????????????//發(fā)停止指令

wg.Wait()

}

這樣我們就實現(xiàn)了，可控制話的groutine退出，但如果在新增幾個定期的任務(wù)功能，那該如何是好？

管他的，我們先把這個弄懂了先。老夫先干為敬。首先我們先看程序運行圖，如下

這個示例是使用 select+channel 的方式改造，實現(xiàn)了通過 channel 發(fā)送指令讓監(jiān)控狗停止，進而達到協(xié)程退出的目的。

首先我們定義了sync.WaitGroup，防止gorontine提前退出。signCh，他是一個bool值類型channel，用于發(fā)送sign后續(xù)的退出。

MonitoringTime，MonitoringPeriod，監(jiān)控時間與監(jiān)控周期。second。

然后創(chuàng)建goroutine執(zhí)行select+channel。

Go Context 初試體驗

為 函數(shù)增加 signCh 參數(shù)，用于接收停止指令；

在 main 函數(shù)中，聲明用于停止的 signCh，傳遞給 monitor1 函數(shù)，然后通過 signCh<-true 發(fā)送停止指令讓協(xié)程退出。

通過 select+channel 讓協(xié)程退出的方式比較優(yōu)雅，以下幾個問題也隨之凸顯

但如果我們希望做到同時取消很多個協(xié)程呢？

如果是定時取消協(xié)程又該怎么辦？

這時候 select+channel 的局限性就凸現(xiàn)出來了，即使定義了多個 channel 解決問題，當(dāng)然這個方式是可行的，但代碼邏輯也會非常復(fù)雜、難以維護。

要解決這種復(fù)雜的協(xié)程問題，必須有一種可以跟蹤協(xié)程的方案，只有跟蹤到每個協(xié)程，才能更好地控制它們，這種方案就是 Go 語言標(biāo)準(zhǔn)庫為我們提供的 Context，接下來我們體驗一下它的強大之處吧。

package?main

import?(

"context"

"fmt"

"sync"

"time"

)

func?main()?{

var?wg?sync.WaitGroup

const?MonitoringTime,?MonitoringPeriod?=?20,?2

wg.Add(1)

//?定義一個等待的?`context`

ctx,?stop?:=?context.WithCancel(context.Background())

go?func()?{

defer?wg.Done()

monitor2(ctx,?MonitoringPeriod,?"天眼")

}()

time.Sleep(MonitoringTime?*?time.Second)?//先監(jiān)控5秒

stop()???????????????????????????????????//發(fā)停止指令

wg.Wait()

}

func?monitor2(ctx?context.Context,?MonitoringPeriod?time.Duration,?name?string,?)?{

//開啟for?select循環(huán)，一直后臺監(jiān)控

for?{

select?{

case?<-ctx.Done():

fmt.Println(name,?"停止指令已收到，停止...")

return

default:

fmt.Printf("Time:?%v?[監(jiān)控者]:%s,?正在監(jiān)控...\n",?time.Now().Unix(),?name)

}

time.Sleep(MonitoringPeriod?*?time.Second)

}

}

是不是很優(yōu)雅呢？確實如此，那么為什么也可以達到上面使用channel，的效果呢。那么我們?nèi)タ匆幌滤木唧w實現(xiàn)部分呢，

`WithCancel`

以下是WithCancel：具體實現(xiàn)部分代碼

WithCancel:返回具有新的“完成”通道的父級副本。當(dāng)調(diào)用返回的cancel函數(shù)或關(guān)閉父上下文的Done通道時（以先發(fā)生的為準(zhǔn)），將關(guān)閉返回的上下文的Done通道。取消此上下文將釋放與其關(guān)聯(lián)的資源，因此在此上下文中運行的操作完成后，代碼應(yīng)立即調(diào)用cancel。

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)?}

}

除了WithCancel，之外還有WithDeadline,WithTimeout,WithValue,首先我們來繼續(xù)看看WithDeadline具體實現(xiàn)，以及使用技巧吧

`WithTimeout`

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)?{

//?The?current?deadline?is?already?sooner?than?the?new?one.

return?WithCancel(parent)

}

c?:=?&timerCtx{

cancelCtx:?newCancelCtx(parent),

deadline:??d,

}

propagateCancel(parent,?c)

dur?:=?time.Until(d)

if?dur?<=?0?{

c.cancel(true,?DeadlineExceeded)?//?deadline?has?already?passed

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)?}

}

func?WithTimeout(parent?Context,?timeout?time.Duration)?(Context,?CancelFunc)?{

return?WithDeadline(parent,?time.Now().Add(timeout))

}

取消此上下文將釋放與之關(guān)聯(lián)的資源，因此在此上下文中運行的操作完成后，代碼應(yīng)立即調(diào)用cancel：

來看一下具體如何使用吧，示例如下

package?main

import?(

"context"

"fmt"

"time"

)

func?main()?{

//?創(chuàng)建一個子節(jié)點的context,3秒后自動超時

const?MonitoringTime,?MonitoringPeriod?=?20,?2

ctx,?cancel?:=?context.WithTimeout(context.Background(),?time.Second*10)

go?func()?{

monitor4(ctx,?MonitoringPeriod,?"天眼")

fmt.Println("退出時間",time.Now().Unix())

}()

time.Sleep(MonitoringTime?*?time.Second)

cancel()

}

func?monitor4(ctx?context.Context,?MonitoringPeriod?time.Duration,?name?string,?)?{

//開啟for?select循環(huán)，一直后臺監(jiān)控

for?{

select?{

case?<-ctx.Done():

fmt.Println(name,?"停止指令已收到，停止...")

return

default:

fmt.Printf("Time:?%v?[監(jiān)控者]:%s,?正在監(jiān)控...\n",?time.Now().Unix(),?name)

time.Sleep(MonitoringPeriod?*?time.Second)

}

}

}

以上會有兩種情況發(fā)生退出，

一、程序main退出，全局退出

二、我們定義的timeout退出

他們的基本性質(zhì)與使用我們就簡單的過了一遍，下面讓我們來個小結(jié)。

WithCancel(parent Context)：生成一個可取消的 Context。

WithDeadline(parent Context, d time.Time)：生成一個可定時取消的 Context，參數(shù) d 為定時取消的具體時間。

WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration)：生成一個可超時取消的 Context，參數(shù) timeout 用于設(shè)置多久后取消

WithValue(parent Context, key, val interface{})：生成一個可攜帶 key-value 鍵值對的 Context。

是不是發(fā)現(xiàn)，其實也沒有那么難呢？當(dāng)然，它本來就很簡單，接下來我們來點更刺激的，同時取消多goroutine，啥也不說了，上～

package?main

import?(

"context"

"fmt"

"strconv"

"sync"

"time"

)

var?wg?sync.WaitGroup

func?main()?{

const?MonitoringTime,?MonitoringPeriod?=?20,?2

wg.Add(1)

ctx,?stop?:=?context.WithCancel(context.Background())

for?i?:=?0;?i?

go?monitor6(ctx,?MonitoringPeriod,?strconv.Itoa(i))

}

time.Sleep(MonitoringTime?*?time.Second)?//先監(jiān)控5秒

stop()???????????????????????????????????//發(fā)停止指令

wg.Wait()

}

func?monitor6(ctx?context.Context,?MonitoringPeriod?time.Duration,?name?string,?)?{

defer?wg.Done()

//開啟for?select循環(huán)，一直后臺監(jiān)控

for?{

select?{

case?<-ctx.Done():

fmt.Println(name,?"停止指令已收到，停止...")

return

default:

fmt.Printf("Time:?%v?[監(jiān)控者]:天眼%s,?正在監(jiān)控...\n",?time.Now().Unix(),?name)

}

time.Sleep(MonitoringPeriod?*?time.Second)

}

}

Time: 1612948086 [監(jiān)控者]:天眼0, 正在監(jiān)控…

Time: 1612948086 [監(jiān)控者]:天眼1, 正在監(jiān)控…

Time: 1612948086 [監(jiān)控者]:天眼2, 正在監(jiān)控…

… …

Time: 1612948104 [監(jiān)控者]:天眼2, 正在監(jiān)控…

Time: 1612948104 [監(jiān)控者]:天眼0, 正在監(jiān)控…

Time: 1612948104 [監(jiān)控者]:天眼1, 正在監(jiān)控…

2 停止指令已收到，停止…

1 停止指令已收到，停止…

0 停止指令已收到，停止…

你以為這樣就完了么，這只是一個小的case，它還可以管理子節(jié)點。其管理與樹形結(jié)構(gòu)十分的相似。

除此之外還可以傳遞值，接下來讓我們來看看吧

package?main

import?(

"context"

"fmt"

"sync"

"time"

)

func?main()?{

var?wg?sync.WaitGroup

ctx,?stop?:=?context.WithCancel(context.Background())

ctxVal?:=?context.WithValue(ctx,?"user",?"payne")

wg.Add(1)

go?func()?{

defer?wg.Done()

getValue(ctxVal)

}()

time.Sleep(3)

stop()

wg.Wait()

}

func?getValue(ctx?context.Context)?{

for?{

select?{

case?<-ctx.Done():

fmt.Println("exit")

return

default:

user?:=?ctx.Value("user")

fmt.Println("【獲取用戶】",?"用戶為：",?user)

time.Sleep(1?*?time.Second)

}

}

}

輸出如下

【獲取用戶】 用戶為： payne

exit…

總結(jié)：

Context為我們主要定義四種方法WithDeadline,WithTimeout,WithValue,WithCancel,從而達到控制goroutine的目的，但卻不僅限于我們以上介紹的那樣(只介紹了一層，其實可以是多層。形成多對多的關(guān)系)，它更深層次的使用你可以想象成多叉樹的情況。

context，這一篇就暫且完成啦，期待下一篇。并發(fā)模式

并發(fā)模式，故名思義。他與設(shè)計模式一樣，即使用goroutine并發(fā)的一些總結(jié)。

我將與你探討

Goroutine WorkPool:讓我們隨影所欲的控制創(chuàng)建gototine的數(shù)量，且復(fù)用。

Pipeline 模式，他像工廠流水線一般，我們將是這將其拆分歸并

扇出扇入模式，在pipline的基礎(chǔ)上對耗時較長的進行處理

Futures 模式，Pipeline 流水線模式中的工序是相互依賴的，但是在我們的實際需求中，也有大量的任務(wù)之間相互獨立、沒有依賴，所以為了提高性能，這些獨立的任務(wù)就可以并發(fā)執(zhí)行。

期待～

API Go

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