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)
    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。

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