Go Context 并发编程简明教程

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1 为什么需要 Context

WaitGroup 和信道(channel)是常见的 2 种并发控制的方式。

如果并发启动了多个子协程，需要等待所有的子协程完成任务，WaitGroup 非常适合于这类场景，例如下面的例子：

var wg sync.WaitGroup

func doTask(n int) {
	time.Sleep(time.Duration(n))
	fmt.Printf("Task %d Done\n", n)
	wg.Done()
}

func main() {
	for i := 0; i < 3; i++ {
		wg.Add(1)
		go doTask(i + 1)
	}
	wg.Wait()
	fmt.Println("All Task Done")
}

wg.Wait() 会等待所有的子协程任务全部完成，所有子协程结束后，才会执行 wg.Wait() 后面的代码。

Task 3 Done
Task 1 Done
Task 2 Done
All Task Done

WaitGroup 只是傻傻地等待子协程结束，但是并不能主动通知子协程退出。假如开启了一个定时轮询的子协程，有没有什么办法，通知该子协程退出呢？这种场景下，可以使用 select+chan 的机制。

var stop chan bool

func reqTask(name string) {
	for {
		select {
		case <-stop:
			fmt.Println("stop", name)
			return
		default:
			fmt.Println(name, "send request")
			time.Sleep(1 * time.Second)
		}
	}
}

func main() {
	stop = make(chan bool)
	go reqTask("worker1")
	time.Sleep(3 * time.Second)
	stop <- true
	time.Sleep(3 * time.Second)
}

子协程使用 for 循环定时轮询，如果 stop 信道有值，则退出，否则继续轮询。

worker1 send request
worker1 send request
worker1 send request
stop worker1

更复杂的场景如何做并发控制呢？比如子协程中开启了新的子协程，或者需要同时控制多个子协程。这种场景下，select+chan的方式就显得力不从心了。

Go 语言提供了 Context 标准库可以解决这类场景的问题，Context 的作用和它的名字很像，上下文，即子协程的下上文。Context 有两个主要的功能：

通知子协程退出（正常退出，超时退出等）；
传递必要的参数。

2 context.WithCancel

context.WithCancel() 创建可取消的 Context 对象，即可以主动通知子协程退出。

2.1 控制单个协程

使用 Context 改写上述的例子，效果与 select+chan 相同。

func reqTask(ctx context.Context, name string) {
	for {
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println("stop", name)
			return
		default:
			fmt.Println(name, "send request")
			time.Sleep(1 * time.Second)
		}
	}
}

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	go reqTask(ctx, "worker1")
	time.Sleep(3 * time.Second)
	cancel()
	time.Sleep(3 * time.Second)
}

context.Backgroud() 创建根 Context，通常在 main 函数、初始化和测试代码中创建，作为顶层 Context。
context.WithCancel(parent) 创建可取消的子 Context，同时返回函数 cancel。
在子协程中，使用 select 调用 <-ctx.Done() 判断是否需要退出。
主协程中，调用 cancel() 函数通知子协程退出。

2.2 控制多个协程

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	
	go reqTask(ctx, "worker1")
	go reqTask(ctx, "worker2")
	
	time.Sleep(3 * time.Second)
	cancel()
	time.Sleep(3 * time.Second)
}

为每个子协程传递相同的上下文 ctx 即可，调用 cancel() 函数后该 Context 控制的所有子协程都会退出。

worker1 send request
worker2 send request
worker1 send request
worker2 send request
worker1 send request
worker2 send request
stop worker1
stop worker2

3 context.WithValue

如果需要往子协程中传递参数，可以使用 context.WithValue()。

type Options struct{ Interval time.Duration }

func reqTask(ctx context.Context, name string) {
	for {
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println("stop", name)
			return
		default:
			fmt.Println(name, "send request")
			op := ctx.Value("options").(*Options)
			time.Sleep(op.Interval * time.Second)
		}
	}
}

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	vCtx := context.WithValue(ctx, "options", &Options{1})

	go reqTask(vCtx, "worker1")
	go reqTask(vCtx, "worker2")

	time.Sleep(3 * time.Second)
	cancel()
	time.Sleep(3 * time.Second)
}

context.WithValue() 创建了一个基于 ctx 的子 Context，并携带了值 options。
在子协程中，使用 ctx.Value("options") 获取到传递的值，读取/修改该值。

4 context.WithTimeout

如果需要控制子协程的执行时间，可以使用 context.WithTimeout 创建具有超时通知机制的 Context 对象。

func main() {
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)
	go reqTask(ctx, "worker1")
	go reqTask(ctx, "worker2")

	time.Sleep(3 * time.Second)
	fmt.Println("before cancel")
	cancel()
	time.Sleep(3 * time.Second)
}

WithTimeout()的使用与 WithCancel() 类似，多了一个参数，用于设置超时时间。执行结果如下：

worker2 send request
worker1 send request
worker1 send request
worker2 send request
stop worker2
stop worker1
before cancel

因为超时时间设置为 2s，但是 main 函数中，3s 后才会调用 cancel()，因此，在调用 cancel() 函数前，子协程因为超时已经退出了。

5 context.WithDeadline

超时退出可以控制子协程的最长执行时间，那 context.WithDeadline() 则可以控制子协程的最迟退出时间。

func reqTask(ctx context.Context, name string) {
	for {
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println("stop", name, ctx.Err())
			return
		default:
			fmt.Println(name, "send request")
			time.Sleep(1 * time.Second)
		}
	}
}

func main() {
	ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), time.Now().Add(1*time.Second))
	go reqTask(ctx, "worker1")
	go reqTask(ctx, "worker2")

	time.Sleep(3 * time.Second)
	fmt.Println("before cancel")
	cancel()
	time.Sleep(3 * time.Second)
}

WithDeadline 用于设置截止时间。在这个例子中，将截止时间设置为1s后，cancel() 函数在 3s 后调用，因此子协程将在调用 cancel() 函数前结束。
在子协程中，可以通过 ctx.Err() 获取到子协程退出的错误原因。

运行结果如下：

worker2 send request
worker1 send request
stop worker2 context deadline exceeded
stop worker1 context deadline exceeded
before cancel

可以看到，子协程 worker1 和 worker2 均是因为截止时间到了而退出。

专题: Go 简明教程

本文发表于 2020-04-20，最后修改于 2023-11-15。

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