Golang 如何正确使用 Context

阳光穿透心脏的1/2处 2024-04-17 22:05 93阅读 0赞

# 视频信息 #

How to correctly use package context  
by Jack Lindamood  
at Golang UK Conf. 2017

视频：

https://www.youtube.com/watch?v=-\_B5uQ4UGi0

博文：

https://medium.com/@cep21/how-to-correctly-use-context-context-in-go-1-7-8f2c0fafdf39

# 为什么需要 Context #

*  每一个长请求都应该有个超时限制
 *  需要在调用中传递这个超时
    
     *  比如开始处理请求的时候我们说是 3 秒钟超时
     *  那么在函数调用中间，这个超时还剩多少时间了？
     *  需要在什么地方存储这个信息，这样请求处理中间可以停止

如果进一步考虑。

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png]

如上图这样的 RPC 调用，开始调用 RPC 1 后，里面分别调用了 RPC 2, RPC 3, RPC 4，等所有 RPC 用成功后，返回结果。

这是正常的方式，但是如果 RPC 2 调用失败了会发生什么？

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 1]

RPC 2 失败后，如果没有 Context 的存在，那么我们可能依旧会等所有的 RPC 执行完毕，但是由于 RPC 2 败了，所以其实其它的 RPC 结果意义不大了，我们依旧需要给用户返回错误。因此我们白白的浪费了 10ms，完全没必要去等待其它 RPC 执行完毕。

那如果我们在 RPC 2 失败后，就直接给用户返回失败呢？

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 2]

用户是在 30ms 的位置收到了错误消息，可是 RPC 3 和 RPC 4 依然在没意义的运行，还在浪费计算和IO资源。

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 3]

所以理想状态应该是如上图，当 RPC 2 出错后，除了返回用户错误信息外，我们也应该有某种方式可以通知 RPC 3 和 RPC 4，让他们也停止运行，不再浪费资源。

所以解决方案就是：

*  用信号的方式来通知请求该停了
 *  包含一些关于什么时间请求可能会结束的提示（超时）
 *  用 channel 来通知请求结束了

那干脆让我们把变量也扔那吧。?

*  在 Go 中没有线程/go routine 变量
    
     *  其实挺合理的，因为这样就会让 goroutine 互相产生依赖
 *  非常容易被滥用

# Context 实现细节 #

context.Context：

*  是不可变的(immutable)树节点
 *  Cancel 一个节点，会连带 Cancel 其所有子节点 （从上到下）
 *  Context values 是一个节点
 *  Value 查找是回溯树的方式 （从下到上）

## 示例 Context 链 ##

完整代码：https://play.golang.org/p/ddpofBV1QS

如果这样构成的 Context 链，其形如下图：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 4]

那么当 3 秒超时到了时候：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 5]

可以看到 ctx4 超时退出了。

当 5秒钟 超时到达时：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 6]

可以看到，不仅仅 ctx3 退出了，其所有子节点，比如 ctx5 和 ctx6 也都退出了。

## context.Context API ##

基本上是两类操作：

* 3个函数用于限定什么时候你的子节点退出；
 * 1个函数用于设置请求范畴的变量
 
 <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 </pre></td> 
 <td><pre>type Context interface {
 // 啥时候退出 Deadline() (deadline time.Time, ok bool) Done() &lt;-chan struct{} Err() error // 设置变量 Value(key interface{}) interface{} } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

## 什么时候应该使用 Context？ ##

*  每一个 RPC 调用都应该有超时退出的能力，这是比较合理的 API 设计
 *  不仅仅 是超时，你还需要有能力去结束那些不再需要操作的行为
 *  context.Context 是 Go 标准的解决方案
 *  任何函数可能被阻塞，或者需要很长时间来完成的，都应该有个 context.Context

## 如何创建 Context？ ##

*  在 RPC 开始的时候，使用 context.Background()
    
     *  有些人把在 main() 里记录一个 context.Background()，然后把这个放到服务器的某个变量里，然后请求来了后从这个变量里继承 context。这么做是不对的。直接每个请求，源自自己的 context.Background() 即可。
 *  如果你没有 context，却需要调用一个 context 的函数的话，用 context.TODO()
 *  如果某步操作需要自己的超时设置的话，给它一个独立的 sub-context（如前面的例子）

## 如何集成到 API 里？ ##

*  如果有 Context，将其作为第一个变量。
    
     *  如 func (d\* Dialer) DialContext(ctx context.Context, network, address string) (Conn, error)
     *  有些人把 context 放到中间的某个变量里去，这很不合习惯，不要那么做，放到第一个去。
 *  将其作为可选的方式，用 request 结构体方式。
    
     *  如：func (r \*Request) WithContext(ctx context.Context) \*Request
 *  Context 的变量名请用 ctx（不要起一些诡异的名字?）

## Context 放哪？ ##

*  把 Context 想象为一条河流流过你的程序（另一个意思就是说不要喝河里的水……?）
 *  理想情况下，Context 存在于调用栈（Call Stack） 中
 *  不要把 Context 存储到一个 struct 里
    
     *  除非你使用的是像 http.Request 中的 request 结构体的方式
 *  request 结构体应该以 Request 结束为生命终止
 *  当 RPC 请求处理结束后，应该去掉对 Context 变量的引用（Unreference）
 *  Request 结束，Context 就应该结束。（这俩是一对儿，不求同年同月同日生，但求同年同月同日死……?）

## Context 包的注意事项 ##

* 要养成关闭 Context 的习惯
 
 * 特别是 超时的 Contexts
 * 如果一个 context 被 GC 而不是 cancel 了，那一般是你做错了
 
 <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 </pre></td> 
 <td><pre>ctx, cancel := context.WithTimeout(parentCtx, time.Second * 2) defer cancel() </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>
 * 使用 Timeout 会导致内部使用 time.AfterFunc，从而会导致 context 在计时器到时之前都不会被垃圾回收。
 * 在建立之后，立即 defer cancel() 是一个好习惯。

## 终止请求 (Request Cancellation) ##

当你不再关心接下来获取的结果的时候，有可能会 Cancel 一个 Context？

以 golang.org/x/sync/errgroup 为例，errgroup 使用 Context 来提供 RPC 的终止行为。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 </pre></td> 
 <td><pre>type Group struct {
 	cancel func() 	wg sync.WaitGroup 	errOnce sync.Once 	err error } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

创建一个 group 和 context：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 </pre></td> 
 <td><pre>func WithContext(ctx context.Context) (*Group, context.Context) {
 ctx, cancel := context.WithCancel(ctx) return &amp;Group{cancel: cancel}, ctx } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这样就返回了一个可以被提前 cancel 的 group。

而调用的时候，并不是直接调用 go func()，而是调用 Go()，将函数作为参数传进去，用高阶函数的形式来调用，其内部才是 go func() 开启 goroutine。

当给入函数 f 返回错误，则使用 sync.Once 来 cancel context，而错误被保存于 g.err 之中，在随后的 Wait() 函数中返回。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 </pre></td> 
 <td><pre>func (g *Group) Wait() error {
 g.wg.Wait() if g.cancel != nil {
 g.cancel() } return g.err } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意：这里在 Wait() 结束后，调用了一次 cancel()。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 </pre></td> 
 <td><pre>package main func DoTwoRequestsAtOnce(ctx context.Context) error {
 eg, egCtx := errgroup.WithContext(ctx) var resp1, resp2 *http.Response f := func(loc string, respIn **http.Response) func() error {
 return func() error {
 reqCtx, cancel := context.WithTimeout(egCtx, time.Second) defer cancel() req, _ := http.NewRequest("GET", loc, nil) var err error *respIn, err = http.DefaultClient.Do(req.WithContext(reqCtx)) if err == nil &amp;&amp; (*respIn).StatusCode &gt;= 500 {
 return errors.New("unexpected!") } return err } } eg.Go(f("http://localhost:8080/fast_request", &amp;resp1)) eg.Go(f("http://localhost:8080/slow_request", &amp;resp2)) return eg.Wait() } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

在这个例子中，同时发起了两个 RPC 调用，当任何一个调用超时或者出错后，会终止另一个 RPC 调用。这里就是利用前面讲到的 errgroup 来实现的，应对有很多并非请求，并需要集中处理超时、出错终止其它并发任务的时候，这个 pattern 使用起来很方便。

## Context.Value - Request 范畴的值 ##

### context.Value API 的万金油（duct tape) ###

胶带（duct tape) 几乎可以修任何东西，从破箱子，到人的伤口，到汽车引擎，甚至到NASA登月任务中的阿波罗13号飞船（Yeah! True Story)。所以在西方文化里，胶带是个“万能”的东西。在中文里，恐怕万金油是更合适的对应词汇，从头疼、脑热，感冒发烧，到跌打损伤几乎无所不治。

当然，治标不治本，这点东西方文化中的潜台词都是一样的。这里提及的 context.Value 对于 API 而言，就是这类性质的东西，啥都可以干，但是治标不治本。

* value 节点是 Context 链中的一个节点
 
 <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 </pre></td> 
 <td><pre>package context type valueCtx struct {
 Context key, val interface{} } func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context {
 // ... return &amp;valueCtx{parent, key, val} } func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {
 if c.key == key {
 return c.val } return c.Context.Value(key) } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

可以看到，WithValue() 实际上就是在 Context 树形结构中，增加一个节点罢了。

Context 是 immutable 的。

### 约束 key 的空间 ###

为了防止树形结构中出现重复的键，建议约束键的空间。比如使用私有类型，然后用 GetXxx() 和 WithXxxx() 来操作私有实体。

这里使用 WithXxx 而不是 SetXxx 也是因为 Context 实际上是 immutable 的，所以不是修改 Context 里某个值，而是产生新的 Context 带某个值。

### Context.Value 是 immutable 的 ###

再多次的强调 Context.Value 是 immutable 的也不过分。

*  context.Context 从设计上就是按照 immutable （不可变的）模式设计的
 *  同样，Context.Value 也是 immutable 的
 *  不要试图在 Context.Value 里存某个可变更的值，然后改变，期望别的 Context 可以看到这个改变
    
     *  更别指望着在 Context.Value 里存可变的值，最后多个 goroutine 并发访问没竞争冒险啥的，因为自始至终，就是按照不可变来设计的
     *  比如设置了超时，就别以为可以改变这个设置的超时值
 *  在使用 Context.Value 的时候，一定要记住这一点

### 应该把什么放到 Context.Value 里？ ###

*  应该保存 Request 范畴的值
    
     *  任何关于 Context 自身的都是 Request 范畴的（这俩同生共死）
     *  从 Request 数据衍生出来，并且随着 Request 的结束而终结

### 什么东西不属于 Request 范畴？ ###

*  在 Request 以外建立的，并且不随着 Request 改变而变化
    
     *  比如你 func main() 里建立的东西显然不属于 Request 范畴
 *  数据库连接
    
     *  如果 User ID 在连接里呢？(稍后会提及)
 *  全局 logger
    
     *  如果 logger 里需要有 User ID 呢？（稍后会提及）

### 那么用 Context.Value 有什么问题？ ###

* 不幸的是，好像所有东西都是由请求衍生出来的
 * 那么我们为什么还需要函数参数？然后干脆只来一个 Context 就完了？
 
 <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 </pre></td> 
 <td><pre>func Add(ctx context.Context) int {
 return ctx.Value("first").(int) + ctx.Value("second").(int) } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

曾经看到过一个 API，就是这种形式：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 </pre></td> 
 <td><pre>func IsAdminUser(ctx context.Context) bool {
 userID := GetUser(ctx) return authSingleton.IsAdmin(userID) } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这里API实现内部从 context 中取得 UserID，然后再进行权限判断。但是从函数签名看，则完全无法理解这个函数具体需要什么、以及做什么。

> 代码要以可读性为优先设计考虑。

别人拿到一个代码，一般不是掉进函数实现细节里去一行行的读代码，而是会先浏览一下函数接口。所以清晰的函数接口设计，会更加利于别人（或者是几个月后的你自己）理解这段代码。

一个良好的 API 设计，应该从函数签名就清晰的理解函数的逻辑。如果我们将上面的接口改为：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 </pre></td> 
 <td><pre>func IsAdminUser(ctx context.Context, userID string, authenticator auth.Service) bool </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

我们从这个函数签名就可以清楚的知道：

*  这个函数很可能可以提前被 cancel
 *  这个函数需要 User ID
 *  这个函数需要一个authenticator来
 *  而且由于 authenticator 是传入参数，而不是依赖于隐式的某个东西，我们知道，测试的时候就很容易传入一个模拟认证函数来做测试
 *  userID 是传入值，因此我们可以修改它，不用担心影响别的东西

所有这些信息，都是从函数签名得到的，而无需打开函数实现一行行去看。

### 那什么可以放到 Context.Value 里去？ ###

现在知道 Context.Value 会让接口定义更加模糊，似乎不应该使用。那么又回到了原来的问题，到底什么可以放到 Context.Value 里去？换个角度去想，什么不是衍生于 Request？

*  Context.Value 应该是告知性质的东西，而不是控制性质的东西
 *  应该永远都不需要写进文档作为必须存在的输入数据
 *  如果你发现你的函数在某些 Context.Value 下无法正确工作，那就说明这个 Context.Value 里的信息不应该放在里面，而应该放在接口上。因为已经让接口太模糊了。

#### 什么东西不是控制性质的东西？ ####

*  Request ID
    
     *  而 logger 本身不是 Request 范畴，所以 logger 不应该在 Context 里
     *  非 Request 范畴的 logger 应该只是利用 Context 信息来修饰日志
     *  只是给每个 RPC 调用一个 ID，而没有实际意义
     *  这就是个数字/字符串，反正你也不会用其作为逻辑判断
     *  一般也就是日志的时候需要记录一下
 *  User ID （如果仅仅是作为日志用）
 *  Incoming Request ID

#### 什么显然是控制性质的东西？ ####

*  数据库连接
    
     *  显然会非常严重的影响逻辑
     *  因此这应该在函数参数里，明确表示出来
 *  认证服务(Authentication)
    
     *  显然不同的认证服务导致的逻辑不同
     *  也应该放到函数参数里，明确表示出来

### 例子 ###

#### 调试性质的 Context.Value - net/http/httptrace ####

https://medium.com/@cep21/go-1-7-httptrace-and-context-debug-patterns-608ae887224a

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 </pre></td> 
 <td><pre>package main func trace(req *http.Request, c *http.Client) {
 trace := &amp;httptrace.ClientTrace{
 GotConn: func(connInfo httptrace.GotConnInfo) {
 fmt.Println("Got Conn") }, ConnectStart: func(network, addr string) {
 fmt.Println("Dial Start") }, ConnectDone: func(network, addr string, err error) {
 fmt.Println("Dial done") }, } req = req.WithContext(httptrace.WithClientTrace(req.Context(), trace)) c.Do(req) } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### net/http 是怎么使用 httptrace 的？ ####

* 如果有 trace 存在的话，就执行 trace 回调函数
 * 这只是告知性质，而不是控制性质
 
 * http 不会因为存在 trace 与否就有不同的执行逻辑
 * 这里只是告知 API 的用户，帮助用户记录日志或者调试
 * 因此这里的 trace 是存在于 Context 里的
 
 <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 </pre></td> 
 <td><pre>package http func (req *Request) write(w io.Writer, usingProxy bool, extraHeaders Header, waitForContinue func() bool) (err error) {
 // ... trace := httptrace.ContextClientTrace(req.Context()) // ... if trace != nil &amp;&amp; trace.WroteHeaders != nil {
 trace.WroteHeaders() } } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

#### 回避依赖注入 - github.com/golang/oauth2 ####

* 这里比较诡异，使用 ctx.Value 来定位依赖
 * 不推荐这样做
 
 * 这里这样做基本上只是为了满足测试需求
 
 <table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 </pre></td> 
 <td><pre>package main import "github.com/golang/oauth2" func oauth() {
 c := &amp;http.Client{Transport: &amp;mockTransport{}} ctx := context.WithValue(context.Background(), oauth2.HTTPClient, c) conf := &amp;oauth2.Config{ /* ... */ } conf.Exchange(ctx, "code") } </pre></td> 
 </tr> 
 </tbody> 
 </table>

### 人们滥用 Context.Value 的原因 ###

*  中间件的抽象
 *  很深的函数调用栈
 *  混乱的设计

> context.Value 并没有让你的 API 更简洁，那是假象，相反，它让你的 API 定义更加模糊。

## 总结 Context.Value ##

*  对于调试非常方便
 *  将必须的信息放入 Context.Value 中，会让接口定义更加不透明
 *  如果可以尽量明确定义在接口
 *  尽量不要用 Context.Value

# 总结 Context #

*  所有的长的、阻塞的操作都需要 Context
 *  errgroup 是构架于 Context 之上很好的抽象
 *  当 Request 的结束的时候，Cancel Context
 *  Context.Value 应该被用于告知性质的事物，而不是控制性质的事物
 *  约束 Context.Value 的键空间
 *  Context 以及 Context.Value 应该是不可变的（immutable），并且应该是线程安全
 *  Context 应该随 Request 消亡而消亡

# Q&A #

## 数据库的访问也用 Context 么？ ##

之前说过长时间、可阻塞的操作都用 Context，数据库操作也是如此。不过对于超时 Cancel 操作来说，一般不会对写操作进行 cancel；但是对于读操作，一般会有 Cancel 操作。

# 原文 #

https://blog.lab99.org/post/golang-2017-10-27-video-how-to-correctly-use-package-context.html

< END >

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衣舞晨风

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