探索Golang中的Context包

发表时间: 2023-11-12 12:28

简介

今天,我们将讨论 Go 编程中非常重要的一个主题:context 包。如果你现在觉得它很令人困惑,不用担心 — 在本文结束时,你将像专家一样处理 context!

想象一下,你在一个主题公园,兴奋地准备搭乘一座巨大的过山车。但有个问题:排队的人非常多,而且公园快要关门,你只有一个小时的时间。你会怎么办?嗯,你可能会等一会儿,但不会等一个小时,对吧?如果你等了 30 分钟还没有到前面,你会离开队伍去尝试其他游乐设施。这就是我们所谓的 '超时'。

现在,想象一下,你还在排队,突然下起了倾盆大雨。过山车的操作员决定关闭过山车。你不会继续排队等待根本不会发生的事情,对吧?你会立刻离开队伍。这就是我们所谓的 '取消'。

在编程世界中,我们经常面临类似的情况。我们要求程序执行可能需要很长时间或需要因某种原因停止的任务。这就是 context 包发挥作用的地方。它允许我们优雅地处理这些超时取消

它是如何工作的

创建上下文:我们首先创建一个上下文。这就像排队等待过山车一样。

ctx := context.Background() // This gives you an empty context

设置超时:接下来,我们可以在上下文中设置超时。这就好比你决定在排队多久后放弃并去尝试其他游乐设施。

ctxWithTimeout, cancel := context.WithTimeout(ctx, time.Second*10) // Wait for 10 seconds// Don't forget to call cancel when you're done, or else you might leak resources!defer cancel()

检查超时:现在,我们可以使用上下文来检查是否等待时间太长,是否应该停止我们的任务。这就好比在排队等待时看看手表。

select {case <-time.After(time.Second * 15): // This task takes 15 seconds    fmt.Println("Finished the task")case <-ctxWithTimeout.Done():    fmt.Println("We've waited too long, let's move on!") // We only wait for 10 seconds}

取消上下文:最后,如果出于某种原因需要停止任务,我们可以取消上下文。这就好比听到因下雨而宣布过山车关闭。

cancel() // We call the cancel function we got when we created our context with timeout

示例 1:慢速数据库查询

想象一下构建一个从数据库中获取用户数据的Web应用程序。有时,数据库响应较慢,你不希望用户永远等下去。在这种情况下,你可以使用带有超时的上下文。

func getUser(ctx context.Context, id int) (*User, error) {    // Create a new context that will be cancelled if it takes more than 3 seconds    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 3*time.Second)    defer cancel()    // Assume db.QueryRowContext is a function that executes a SQL query and returns a row    row := db.QueryRowContext(ctx, "SELECT name FROM users WHERE id = ?", id)    var name string    if err := row.Scan(&name); err != nil {        return nil, err    }    return &User{Name: name}, nil}

在这个示例中,如果数据库查询花费超过3秒的时间,上下文将被取消,db.QueryRowContext 应返回一个错误。

示例 2:网页抓取

假设你正在编写一个用于从网站抓取数据的程序。然而,该网站有时响应较慢,或者根本不响应。你可以使用上下文来防止你的程序陷入困境。

func scrapeWebsite(ctx context.Context, url string) (*html.Node, error) {    // Create a new context that will be cancelled if it takes more than 5 seconds    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 5*time.Second)    defer cancel()    // Create a request with the context    req, err := http.NewRequestWithContext(ctx, http.MethodGet, url, nil)    if err != nil {        return nil, err    }    // Execute the request    resp, err := http.DefaultClient.Do(req)    if err != nil {        return nil, err    }    defer resp.Body.Close()    // Parse the response body as HTML    return html.Parse(resp.Body), nill}

在这个示例中,如果从网站获取数据超过5秒,上下文将被取消,http.DefaultClient.Do 应该返回一个错误。

示例3:长时间运行的任务

假设你有一个执行长时间运行任务的程序,但你希望能够在程序接收到关闭信号时停止任务。这在一个 Web 服务器中可能会很有用,当关闭时必须停止提供请求并进行清理。

func doTask(ctx context.Context) {    for {        select {        case <-time.After(1 * time.Second):            // The task is done, we're ready to exit            fmt.Println("Task is done")            return        case <-ctx.Done():            // The context was cancelled from the outside, clean up and exit            fmt.Println("Got cancel signal, cleaning up")            return        }    }}func main() {    // Create a new context    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())    // Start the task in a goroutine    go doTask(ctx)    // Wait for a shutdown signal    <-getShutdownSignal()    // Cancel the context, which will stop the task    cancel()    // Wait for a bit to allow the task to clean up    time.Sleep(1 * time.Second)}

在这个示例中,当程序接收到关闭信号时,它会取消上下文,这会导致 doTask<-ctx.Done() 上接收到信号。

示例4:HTTP 服务器

假设你正在构建一个处理传入请求的 HTTP 服务器。一些请求可能需要很长时间来处理,你希望设置一个最长处理时间限制。

http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {    ctx, cancel := context.WithTimeout(r.Context(), 2*time.Second)    defer cancel()    // Simulate a long-running operation    select {    case <-time.After(3 * time.Second):        w.Write([]byte("Operation finished."))    case <-ctx.Done():        w.Write([]byte("Operation timed out."))    }})http.ListenAndServe(":8080", nil)

在这个示例中,如果操作需要超过2秒的时间,上下文将被取消,并且服务器将响应“操作超时”。

示例5:同步多个 Goroutines

假设你正在编写一个程序,使用 Goroutines 并发执行多个任务。如果其中一个任务失败,你希望取消所有其他任务。

func doTask(ctx context.Context, id int) {    select {    case <-time.After(time.Duration(rand.Intn(4)) * time.Second):        fmt.Printf("Task %v finished.\n", id)    case <-ctx.Done():        fmt.Printf("Task %v cancelled.\n", id)    }}func main() {    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())    for i := 1; i <= 5; i++ {        go doTask(ctx, i)    }    // Cancel the context after 2 seconds    time.Sleep(2 * time.Second)    cancel()    // Give the tasks some time to finish up    time.Sleep(1 * time.Second)}

在这个示例中,当上下文被取消时,仍在运行的任何任务都将收到 <-ctx.Done(),从而允许它们进行清理并退出。

仍然在尝试理解吗?

当我第一次接触上下文时,我感到非常困惑,我提出了一个问题,即如果 select 前面的命令花费太长时间,那么我们永远无法检测到 取消,这是一个合理的问题。因此,我准备了另一个示例来详细解释这种情况。

package mainimport ( "context" "fmt" "math/rand" "time")func expensiveCalculation(ctx context.Context, resultChan chan<- int) { // Simulate a long-running calculation rand.Seed(time.Now().UnixNano()) sleepTime := time.Duration(rand.Intn(20)+1) * time.Second fmt.Printf("Calculation will take %s to complete\n", sleepTime) time.Sleep(sleepTime) select { case <-ctx.Done():  // Context was cancelled, don't write to the channel  return default:  // Write the result to the channel  resultChan <- 42 // replace with your actual calculation result }}func main() { // Create a context that will be cancelled after 10 seconds ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 10*time.Second) defer cancel() // The cancel should be deferred so resources are cleaned up resultChan := make(chan int) // Start the expensive calculation in a separate goroutine go expensiveCalculation(ctx, resultChan) // Wait for either the result or the context to be done select { case res := <-resultChan:  // Got the result  fmt.Printf("Calculation completed with result: %d\n", res) case <-ctx.Done():  // Context was cancelled  fmt.Println("Calculation cancelled") }}

time.Sleep(sleepTime) 命令是阻塞的,将暂停 goroutine 的执行,直到指定的持续时间已过。这意味着 select 语句不会被执行,直到休眠时间已经过去。

然而,上下文的取消与 goroutine 内的执行是独立的。如果上下文的截止时间被超过或其 cancel() 函数被调用,它的 Done() 通道将被关闭。

在主 goroutine 中,您有另一个 select 语句,它将立即检测上下文的 Done() 通道是否已关闭,并在不等待 expensiveCalculation goroutine 完成休眠的情况下打印 **"Calculation cancelled"**。

也就是说,expensiveCalculation goroutine 将在休眠后继续执行,它将在尝试写入 resultChan 之前检查上下文是否已被取消。如果已被取消,它将立即返回。这是为了避免潜在的死锁,如果没有其他goroutine从 resultChan 读取。

如果需要昂贵的计算(在本例中由 time.Sleep 模拟)在取消时立即停止,您必须设计计算以周期性地检查上下文是否已取消。这通常在需要将计算分解为较小部分的情况下使用循环。如果计算不能分解,并需要一次运行完毕,那么很遗憾,在 Go 中无法提前停止它。