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Go語言中的context包到底解決了啥問題?

來源: 責編: 時間:2024-06-05 17:34:21 130觀看
導讀Go語言,自2009年發(fā)布以來,憑借其簡潔、高效、并發(fā)能力強等特點,迅速在開發(fā)者社區(qū)獲得了廣泛的關注和應用,特別是在服務器端開發(fā)、云計算、容器技術和微服務架構等領域。例如,Docker 和 K8S 等知名的容器技術都是使用Go語言

Go語言,自2009年發(fā)布以來,憑借其簡潔、高效、并發(fā)能力強等特點,迅速在開發(fā)者社區(qū)獲得了廣泛的關注和應用,特別是在服務器端開發(fā)、云計算、容器技術和微服務架構等領域。例如,Docker 和 K8S 等知名的容器技術都是使用Go語言開發(fā)的。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

為什么需要Context包?

認識 goroutine

首先讓我們來認識下 goroutine。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

Go語言的高并發(fā)、高性能都來源于它的并發(fā)模型:goroutine,就是它,讓開發(fā)者可以輕松地編寫高吞吐量的應用程序,這在處理大量并發(fā)請求的服務器端開發(fā)中尤為重要。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

goroutine是Go語言中的輕量級線程,或者稱為協(xié)程。與操作系統(tǒng)級別的線程相比,goroutine的創(chuàng)建和銷毀開銷非常小,調(diào)度效率也很高,因此在Go語言中,可以輕松地創(chuàng)建成千上萬個goroutine來處理并發(fā)任務。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

使用goroutine非常簡單,只需在函數(shù)調(diào)用前加上go關鍵字即可。例如:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

go func() {    // 并發(fā)執(zhí)行的代碼}()

并發(fā)編程的挑戰(zhàn)

goroutine 雖然讓并發(fā)編程變得非常方便,但也帶來了新的挑戰(zhàn)。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 超時控制:許多操作(如網(wǎng)絡請求、數(shù)據(jù)庫查詢等)都可能因為各種原因變得緩慢甚至無限期掛起。如果沒有合適的超時控制機制,這些操作可能會導致計算機資源被長時間占用,影響系統(tǒng)的整體性能和響應速度。
  • 取消操作:某些情況下,某些操作可能需要被取消。例如,當用戶取消了一個正在進行的請求,或者當某個前置條件不再滿足時,我們需要能夠及時地取消正在進行的操作,以避免不必要的資源消耗。
  • 數(shù)據(jù)傳遞:不同的goroutine之間可能需要共享和傳遞一些上下文信息。例如,在一個請求的處理過程中,我們可能需要在多個函數(shù)調(diào)用之間傳遞用戶身份、請求ID等。這些信息需要能夠安全地在多個goroutine之間傳遞和共享。

這些挑戰(zhàn)在其它語言的并發(fā)編程模型中也是廣泛存在的。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

為什么需要context包

為了解決并發(fā)編程中的常見挑戰(zhàn),Go語言引入了context包。context包提供了一種統(tǒng)一的機制來管理請求的生命周期,傳遞取消信號,設置超時時間,并在不同的goroutine之間傳遞上下文信息。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 統(tǒng)一管理請求生命周期:context包允許我們?yōu)槊恳粋€請求創(chuàng)建一個上下文對象(上下文通常就翻譯為context),并在請求的整個生命周期中傳遞這個上下文對象。如此,我們就可以在請求結束時,及時釋放所有相關的資源。
  • 傳遞取消信號:context包提供了取消信號的傳遞機制。我們可以創(chuàng)建一個可以取消的上下文對象,并在需要取消操作時調(diào)用取消函數(shù),通知所有相關的goroutine取消操作。當然這不是自動發(fā)生的,還需要我們編寫代碼進行判斷。
  • 設置超時時間:context包還提供了超時控制的機制。我們可以為操作設置超時時間,并在操作超時后自動取消操作。
  • 傳遞和共享數(shù)據(jù):context包還提供了一種安全的方式在不同的goroutine之間傳遞和共享上下文信息。我們可以將一些關鍵數(shù)據(jù)存儲在上下文對象中,并在不同的函數(shù)調(diào)用中傳遞這個上下文對象,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全共享。

context包的使用方法

HTTP請求處理中context應用

讓我們先通過一個例子來感受下 context 包的強大能力。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在Go的net/http包中,每個HTTP請求都會自動攜帶一個context。我們可以通過req.Context()方法獲取這個context,并在處理請求時使用它。以下是一個簡單的示例。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

package mainimport (	"context"	"fmt"	"log"	"net/http"	"os"	"time")// 定義一個key類型,用于在context中存儲和檢索數(shù)據(jù)type key stringconst (	userIDKey key = "userID")// 定義一個向控制臺輸出日志的loggervar logger = log.New(os.Stdout, "INFO: ", log.Ldate|log.Ltime|log.Lshortfile)func main() {	http.HandleFunc("/hello", helloHandler)	http.ListenAndServe(":8080", nil)}func helloHandler(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {	// 設置請求的超時為5秒	ctx, cancel := context.WithTimeout(req.Context(), 5*time.Second)	defer cancel()	// 在context中存儲一些共享數(shù)據(jù),例如用戶ID	ctx = context.WithValue(ctx, userIDKey, "12345")	// 模擬一些工作,將在goroutine中運行,通過channel通知完成	done := make(chan struct{})	go func() {    // 從context取出用戶ID,記錄到日志中		userID := ctx.Value(userIDKey).(string)		logger.Println("開始處理:", userID)		time.Sleep(3 * time.Second) // 模擬耗時操作		close(done)	}()  // 通過select跟蹤context超時或者工作完成	select {	case <-ctx.Done():		// 請求被取消或超時		http.Error(w, "Request canceled or timed out", http.StatusRequestTimeout)	case <-done:		// 操作完成,從context中取出用戶ID,返回給調(diào)用方		userID := ctx.Value(userIDKey).(string)		fmt.Fprintf(w, "Hello, User ID: %s!/n", userID)	}}

在這個示例中,我們在HTTP處理器中使用 context.WithTimeout 設置了一個5秒的超時。如果請求在5秒內(nèi)沒有完成,context將自動取消,處理器會返回一個超時錯誤響應。如果操作在5秒內(nèi)完成,則返回正常的響應。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在這個例子中,我們還使用了 context 來共享數(shù)據(jù),在創(chuàng)建超時context之后,我們使用 context.WithValue 在context 中存儲了用戶ID。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

ctx = context.WithValue(ctx, userIDKey, "12345")

在處理具體的工作時,我們使用 ctx.Value 從context中檢索共享數(shù)據(jù),打印正在處理的用戶:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

userID := ctx.Value(userIDKey).(string)logger.Println("開始處理:", userID)

在完成后,我們還是使用ctx.Value從context中檢索共享數(shù)據(jù),并將其包含在響應中:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

userID := ctx.Value(userIDKey).(string)fmt.Fprintf(w, "Hello, User ID: %s!/n", userID)

基本的context用法

創(chuàng)建 context

在Go語言中,創(chuàng)建一個context對象是使用context包的第一步。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在上邊的例子中,我們從http請求中獲取了一個context,其實我們也完全可以自己創(chuàng)建一個新的context,有兩種基本方法:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • context.Background()

context.Background()返回一個空的context對象,通常用于整個應用程序的頂級context,或者在不確定應該使用哪個context的情況下使用。它是一個常見的根context,所有的派生context都會基于它。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • context.TODO()

context.TODO()與context.Background()類似,但通常用于你還不確定要使用哪個context,或者代碼還在開發(fā)過程中,未來可能會被替換為更具體的context。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

傳遞context

我們可以在內(nèi)嵌函數(shù)中直接使用有效范圍之內(nèi)的 contex t實例,不過更常見的傳遞方法是通過函數(shù)參數(shù)。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在Go語言中,context對象通常作為函數(shù)的第一個參數(shù)進行傳遞。這種方式確保了context在整個調(diào)用鏈中被正確傳遞和使用。代碼如下:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

func doSomething(ctx context.Context) {    // 在函數(shù)內(nèi)部使用context}func main() {    ctx := context.Background()    doSomething(ctx)}

取消context

context.WithCancel() 函數(shù)返回一個派生的context和一個取消函數(shù)。調(diào)用取消函數(shù)會取消這個派生的context,并通知所有使用這個context的goroutine進行清理操作。示例代碼如下:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())go func() {    // 模擬一些工作    time.Sleep(2 * time.Second)    // 取消context    cancel()}()select {case <-ctx.Done():    fmt.Println("操作被取消")}

設置超時

上邊http服務端處理的例子中我們已經(jīng)提供了一種設置context超時的方法,另外還有一個設置context超時的方法:context.WithDeadline(),這個函數(shù)函數(shù)類似于context.WithTimeout(),但它允許你指定一個具體的時間點作為截止時間。代碼示例如下:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

deadline := time.Now().Add(3 * time.Second)ctx, cancel := context.WithDeadline(context.Background(), deadline)defer cancel()  // 確保在不再需要時取消contextselect {case <-ctx.Done():    fmt.Println("操作在截止時間前未完成")}

context的最佳實踐

合理設置超時時間

超時時間設置的過長,請求都等著,可能會消耗過多的計算資源;設置的太小,頻繁超時,又會給用戶帶來不好的使用體驗。以下是一些最佳實踐:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  1. 根據(jù)業(yè)務需求設置超時:不同的業(yè)務場景對響應時間的要求不同。根據(jù)具體業(yè)務需求來設置超時時間,例如用戶請求的超時可以設置得較短,而后臺批量處理任務的超時可以設置得較長。
  2. 逐層縮短超時:在多層級服務調(diào)用中,通常應該逐層縮短超時時間。比如,頂層請求的超時時間為10秒,調(diào)用的子服務可以設置為8秒,再調(diào)用的子服務可以設置為6秒,以確保在超時前有足夠的時間處理和傳遞錯誤。
  3. 考慮網(wǎng)絡延遲和重試機制:在分布式系統(tǒng)中,網(wǎng)絡延遲和重試機制會影響實際的處理時間。設置超時時應考慮這些因素,避免超時時間過短導致頻繁的重試。

避免context的濫用

context包的主要目的是在請求的生命周期中傳遞取消信號、超時和共享數(shù)據(jù),不要傳遞過多的業(yè)務數(shù)據(jù),以下是一些建議:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  1. 不將context用于傳遞業(yè)務數(shù)據(jù):context應該只用于傳遞請求的控制信息(如取消信號、超時和trace信息),不應該用于傳遞業(yè)務數(shù)據(jù)。
  2. 不將context存儲在結構體中:context是臨時性的,不應該存儲在結構體中以避免內(nèi)存泄漏和不必要的復雜性。
  3. 及時取消context:使用context.WithCancel、context.WithTimeout或context.WithDeadline創(chuàng)建的context應該及時調(diào)用取消函數(shù),以釋放資源。
  4. 避免頻繁創(chuàng)建context:創(chuàng)建和取消context本身的開銷相對較小,但頻繁的創(chuàng)建和取消操作仍然會對性能產(chǎn)生一定影響,特別是在高并發(fā)場景下。在設計系統(tǒng)時,盡量減少不必要的context創(chuàng)建操作,可以復用已有的context,避免在每個函數(shù)調(diào)用中都創(chuàng)建新的context。

有的同學可能會有疑問:context.WithTimeout 或 context.WithDeadline 創(chuàng)建的context等著超時或者正常處理完成不就可以了嗎?v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

其實 context.WithTimeout 和 context.WithDeadline,這兩個函數(shù)內(nèi)部也是通過 WithCancel 實現(xiàn)的,因此也會返回一個 cancel 函數(shù)。盡管當超時或截止日期到達時,context會自動“過期”,不過調(diào)用 cancel 函數(shù)仍然是一個好習慣,因為它可以立即停止任何依賴于此上下文的正在進行的操作,而不僅僅等待它們自然發(fā)現(xiàn)上下文已過期。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

與其他包的結合使用

我們不僅可以在自己編寫的代碼中使用context,很多標準庫也提供了context的支持,這樣可以更好的管理請求和資源。上邊的示例中已經(jīng)演示了與net/http包結合,我們再看下database/sql的例子:v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

package mainimport (    "context"    "database/sql"    "log"    "time"    _ "github.com/go-sql-driver/mysql")func main() {    db, err := sql.Open("mysql", "user:password@tcp(localhost:3306)/dbname")    if err != nil {        log.Fatal(err)    }    defer db.Close()    // 創(chuàng)建一個帶超時的 context    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)    defer cancel()    // 查詢數(shù)據(jù)庫時,傳入這個context    rows, err := db.QueryContext(ctx, "SELECT * FROM users")    if err != nil {        log.Println("Query error:", err)        return    }    defer rows.Close()    for rows.Next() {        var id int        var name string        if err := rows.Scan(&id, &name); err != nil {            log.Println("Scan error:", err)            return        }        log.Printf("User: %d, Name: %s/n", id, name)    }    if err := rows.Err(); err != nil {        log.Println("Rows error:", err)    }}

通過結合使用context包和其他標準庫,我們就可以更好地管理每個請求的生命周期和使用的各種資源,提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性。v5a28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com


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