Go语言并发模型:使用 context
来源:互联网 发布:恭亲王奕欣 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 06:37
出处:
https://segmentfault.com/a/1190000006744213
https://studygolang.com/articles/9517
1 简介
在 Go http包的Server中,每一个请求在都有一个对应的 goroutine 去处理。请求处理函数通常会启动额外的 goroutine 用来访问后端服务,比如数据库和RPC服务。用来处理一个请求的 goroutine 通常需要访问一些与请求特定的数据,比如终端用户的身份认证信息、验证相关的token、请求的截止时间。 当一个请求被取消或超时时,所有用来处理该请求的 goroutine 都应该迅速退出,然后系统才能释放这些 goroutine 占用的资源。
在Google 内部,我们开发了 Context 包,专门用来简化 对于处理单个请求的多个 goroutine 之间与请求域的数据、取消信号、截止时间等相关操作,这些操作可能涉及多个 API 调用。你可以通过 go get golang.org/x/net/context 命令获取这个包。本文要讲的就是如果使用这个包,同时也会提供一个完整的例子。
2 阅读建议
本文内容涉及到了 done channel,如果你不了解这个概念,那么请先阅读 “Go语言并发模型:像Unix Pipe那样使用channel”。Go语言并发模型:像Unix Pipe那样使用channel
由于访问 golang.org/x/net/context 需要梯子,你可以访问它在 github 上的 mirror。
如果要下载本文中的代码,可以查看文章末尾的“相关链接”环节。
3 package context
context 包的核心是 struct Context,声明如下:
// A Context carries a deadline, cancelation signal, and request-scoped values// across API boundaries. Its methods are safe for simultaneous use by multiple// goroutines.type Context interface { // Done returns a channel that is closed when this `Context` is canceled // or times out. Done() <-chan struct{} // Err indicates why this Context was canceled, after the Done channel // is closed. Err() error // Deadline returns the time when this Context will be canceled, if any. Deadline() (deadline time.Time, ok bool) // Value returns the value associated with key or nil if none. Value(key interface{}) interface{}}
注意: 这里我们对描述进行了简化,更详细的描述查看 godoc:context
Done
方法返回一个 channel,这个 channel 对于以 Context
方式运行的函数而言,是一个取消信号。当这个 channel 关闭时,上面提到的这些函数应该终止手头的工作并立即返回。 之后,Err
方法会返回一个错误,告知为什么 Context
被取消。关于 Done
channel 的更多细节查看上一篇文章 “Go语言并发模型:像Unix Pipe那样使用channel”。
一个 Context
不能拥有 Cancel
方法,同时我们也只能 Done
channel 接收数据。背后的原因是一致的:接收取消信号的函数和发送信号的函数通常不是一个。 一个典型的场景是:父操作为子操作操作启动 goroutine,子操作也就不能取消父操作。 作为一个折中,WithCancel
函数 (后面会细说) 提供了一种取消新的 Context
的方法。
Context
对象是线程安全的,你可以把一个 Context
对象传递给任意个数的 gorotuine,
对它执行 取消 操作时,所有 goroutine 都会接收到取消信号。
Deadline
方法允许函数确定它们是否应该开始工作。如果剩下的时间太少,也许这些函数就不值得启动。代码中,我们也可以使用 Deadline
对象为 I/O 操作设置截止时间。
Value
方法允许 Context
对象携带request作用域的数据,该数据必须是线程安全的。
4 继承 context
context 包提供了一些函数,协助用户从现有的 Context
对象创建新的 Context
对象。
这些 Context
对象形成一棵树:当一个 Context
对象被取消时,继承自它的所有 Context
都会被取消。
Background
是所有 Context
对象树的根,它不能被取消。它的声明如下:
// Background returns an empty Context. It is never canceled, has no deadline,// and has no values. Background is typically used in main, init, and tests,// and as the top-level `Context` for incoming requests.func Background() Context
WithCancel
和 WithTimeout
函数 会返回继承的 Context
对象, 这些对象可以比它们的父 Context
更早地取消。
当请求处理函数返回时,与该请求关联的 Context
会被取消。 当使用多个副本发送请求时,可以使用 WithCancel
取消多余的请求。 WithTimeout
在设置对后端服务器请求截止时间时非常有用。 下面是这三个函数的声明:
// WithCancel returns a copy of parent whose Done channel is closed as soon as// parent.Done is closed or cancel is called.func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)// A CancelFunc cancels a Context.type CancelFunc func()// WithTimeout returns a copy of parent whose Done channel is closed as soon as// parent.Done is closed, cancel is called, or timeout elapses. The new// Context's Deadline is the sooner of now+timeout and the parent's deadline, if// any. If the timer is still running, the cancel function releases its// resources.func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
WithValue 函数能够将请求作用域的数据与 Context 对象建立关系。声明如下:
// WithValue returns a copy of parent whose Value method returns val for key.func WithValue(parent Context, key interface{}, val interface{}) Context
当然,想要知道 Context 包是如何工作的,最好的方法是看一个栗子。
5 一个栗子:Google Web Search
我们的例子是一个 HTTP 服务,它能够将类似于 /search?q=golang&timeout=1s
的请求 转发给
Google Web Search API,然后渲染返回的结果。timeout
参数用来告诉 server 时间到时取消请求。
这个例子的代码存放在三个包里:
server:它提供 main 函数和 处理
/search
的 http handleruserip:它能够从 请求解析用户的IP,并将请求绑定到一个
Context
对象。google:它包含了 Search 函数,用来向 Google 发送请求。
func handleSearch(w http.ResponseWriter, req *http.Request) { // ctx is the `Context` for this handler. Calling cancel closes the // ctx.Done channel, which is the cancellation signal for requests // started by this handler. var ( ctx context.Context cancel context.CancelFunc ) timeout, err := time.ParseDuration(req.FormValue("timeout")) if err == nil { // The request has a timeout, so create a `Context` that is // canceled automatically when the timeout expires. ctx, cancel = context.WithTimeout(context.Background(), timeout) } else { ctx, cancel = context.WithCancel(context.Background()) } defer cancel() // Cancel ctx as soon as handleSearch returns.
处理函数 (handleSearch) 将query 参数从请求中解析出来,然后通过 userip 包将client IP解析出来。这里 Client IP 在后端发送请求时要用到,所以 handleSearch 函数将它 attach 到 Context 对象 ctx 上。代码如下:// Check the search query.query := req.FormValue("q")if query == "" { http.Error(w, "no query", http.StatusBadRequest) return}// Store the user IP in ctx for use by code in other packages.userIP, err := userip.FromRequest(req)if err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusBadRequest) return}ctx = userip.NewContext(ctx, userIP)
处理函数带着 Context 对象 ctx 和 query 调用 google.Search,代码如下:// Run the Google search and print the results.start := time.Now()results, err := google.Search(ctx, query)elapsed := time.Since(start)
如果搜索成功,处理函数会渲染搜索结果,代码如下:if err := resultsTemplate.Execute(w, struct { Results google.Results Timeout, Elapsed time.Duration}{ Results: results, Timeout: timeout, Elapsed: elapsed,}); err != nil { log.Print(err) return}
###5.2 深入 userip 包userip 包提供了两个功能:
从请求解析出Client IP;
将 Client IP 关联到一个
Context
对象。
一个 Context
对象提供一个 key-value 映射,key 和 value的类型都是 interface{},但是 key 必须满足等价性(可以比较),value 必须是线程安全的。类似于 userip
的包隐藏了映射的细节,提供的是对特定 Context
类型值得强类型访问。
为了避免 key 冲突,userip
定义了一个非输出类型 key
,并使用该类型的值作为 Context
的key。代码如下:
// 为了避免与其他包中的 `Context` key 冲突// 这里不输出 key 类型 (首字母小写)type key int// userIPKey 是 user IP 的 `Context` key// 它的值是随意写的。如果这个包中定义了其他// `Context` key,这些 key 必须不同const userIPKey key = 0
函数 FromRequest
用来从一个 http.Request 对象中解析出 userIP:
func FromRequest(req *http.Request) (net.IP, error) { ip, _, err := net.SplitHostPort(req.RemoteAddr) if err != nil { return nil, fmt.Errorf("userip: %q is not IP:port", req.RemoteAddr) }
函数 NewContext
返回一个新的 Context
对象,它携带者 userIP:
func NewContext(ctx context.Context, userIP net.IP) context.Context { return context.WithValue(ctx, userIPKey, userIP)}
函数 FromContext
从一个 Context
对象中解析 userIP:
func FromContext(ctx context.Context) (net.IP, bool) { // ctx.Value returns nil if ctx has no value for the key; // the net.IP type assertion returns ok=false for nil. userIP, ok := ctx.Value(userIPKey).(net.IP) return userIP, ok}
5.3 深入 google 包
函数 google.Search
想 Google Web Search API 发送一个 HTTP 请求,并解析返回的 JSON 数据。该函数接收一个 Context
对象 ctx 作为第一参数,在请求还没有返回时,一旦 ctx.Done
关闭,该函数也会立即返回。
Google Web Search API 请求包含 query 关键字和 user IP 两个参数。具体实现如下:
func Search(ctx context.Context, query string) (Results, error) { // Prepare the Google Search API request. req, err := http.NewRequest("GET", "https://ajax.googleapis.com/ajax/services/search/web?v=1.0", nil) if err != nil { return nil, err } q := req.URL.Query() q.Set("q", query) // If ctx is carrying the user IP address, forward it to the server. // Google APIs use the user IP to distinguish server-initiated requests // from end-user requests. if userIP, ok := userip.FromContext(ctx); ok { q.Set("userip", userIP.String()) } req.URL.RawQuery = q.Encode()
函数 Search
使用一个辅助函数 httpDo
发送 HTTP 请求,并在 ctx.Done
关闭时取消请求 (如果还在处理请求或返回)。函数 Search
传递给 httpDo
一个闭包处理 HTTP 结果。下面是具体实现:
var results Resultserr = httpDo(ctx, req, func(resp *http.Response, err error) error { if err != nil { return err } defer resp.Body.Close() // Parse the JSON search result. // https://developers.google.com/web-search/docs/#fonje var data struct { ResponseData struct { Results []struct { TitleNoFormatting string URL string } } } if err := json.NewDecoder(resp.Body).Decode(&data); err != nil { return err } for _, res := range data.ResponseData.Results { results = append(results, Result{Title: res.TitleNoFormatting, URL: res.URL}) } return nil})// httpDo waits for the closure we provided to return, so it's safe to// read results here.return results, err
函数 httpDo
在一个新的 goroutine 中发送 HTTP 请求和处理结果。如果 ctx.Done
已经关闭,而处理请求的 goroutine 还存在,那么取消请求。下面是具体实现:
func httpDo(ctx context.Context, req *http.Request, f func(*http.Response, error) error) error { // Run the HTTP request in a goroutine and pass the response to f. tr := &http.Transport{} client := &http.Client{Transport: tr} c := make(chan error, 1) go func() { c <- f(client.Do(req)) }() select { case <-ctx.Done(): tr.CancelRequest(req) <-c // Wait for f to return. return ctx.Err() case err := <-c: return err }}
6 另一个栗子
package mainimport ( "fmt" "time" "golang.org/x/net/context")// 模拟一个最小执行时间的阻塞函数func inc(a int) int { res := a + 1 // 虽然我只做了一次简单的 +1 的运算, time.Sleep(1 * time.Second) // 但是由于我的机器指令集中没有这条指令, // 所以在我执行了 1000000000 条机器指令, 续了 1s 之后, 我才终于得到结果。B) return res}// 向外部提供的阻塞接口// 计算 a + b, 注意 a, b 均不能为负// 如果计算被中断, 则返回 -1func Add(ctx context.Context, a, b int) int { res := 0 for i := 0; i < a; i++ { res = inc(res) select { case <-ctx.Done(): return -1 default: } } for i := 0; i < b; i++ { res = inc(res) select { case <-ctx.Done(): return -1 default: } } return res}func main() { { // 使用开放的 API 计算 a+b a := 1 b := 2 timeout := 2 * time.Second ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), timeout) res := Add(ctx, 1, 2) fmt.Printf("Compute: %d+%d, result: %d\n", a, b, res) } { // 手动取消 a := 1 b := 2 ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background()) go func() { time.Sleep(2 * time.Second) cancel() // 在调用处主动取消 }() res := Add(ctx, 1, 2) fmt.Printf("Compute: %d+%d, result: %d\n", a, b, res) }}
7 在自己的代码中使用 Context
许多服务器框架都提供了管理请求作用域数据的包和类型。我们可以定义一个 Context 接口的实现,
将已有代码和期望 Context 参数的代码粘合起来。
举个栗子,Gorilla 框架的 github.com/gorilla/context 包允许处理函数 (handlers) 将数据和请求结合起来,他通过 HTTP 请求 到 key-value对 的映射来实现。在 gorilla.go 中,我们提供了一个 Context 的具体实现,这个实现的 Value 方法返回的值已经与 gorilla 包中特定的 HTTP 请求关联起来。
还有一些包实现了类似于 Context 的取消机制。比如 Tomb 中有一个 Kill 方法,该方法通过关闭 名为Dying 的 channel 发送取消信号。Tomb 也提供了等待 goroutine 退出的方法,类似于 sync.WaitGroup。在 tomb.go 中,我们提供了一个 Context 的实现,当它的父 Context 被取消
或 一个 Tomb 对象被 kill 时,该 Context 对象也会被取消。
8 结论
在 Google, 我们要求 Go 程序员把 Context 作为第一个参数传递给 入口请求和出口请求链路上的每一个函数。这种机制一方面保证了多个团队开发的 Go 项目能够良好地协作,另一方面它是一种简单的超时和取消机制,保证了临界区数据 (比如安全凭证) 在不同的 Go 项目中顺利传递。
如果你要在 Context 之上构建服务器框架,需要一个自己的 Context 实现,在框架与期望 Context 参数的代码之间建立一座桥梁。
当然,Client 库也需要接收一个 Context 对象。在请求作用域数据与取消之间建立了通用的接口以后,开发者使用 Context
分享代码、创建可扩展的服务都会非常方便。
原作者:Sameer Ajmani 翻译:Oscar
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