Go 语言上下文 context 底层原理
1. context 介绍
很多时候，我们会遇到这样的情况，上层与下层的goroutine需要同时取消，这样就涉及到了goroutine间的通信。在Go中，推荐我们以通信的方式共享内存，而不是以共享内存的方式通信。
所以，就需要用到channl，但是，在上述场景中，如果需要自己去处理channl的业务逻辑，就会有很多费时费力的重复工作，因此，context出现了。
context是Go中用来进程通信的一种方式，其底层是借助channl与snyc.Mutex实现的。
2. 基本介绍
context的底层设计，我们可以概括为1个接口，4种实现与6个方法。
1 个接口
Context 规定了context的四个基本方法
4 种实现
emptyCtx 实现了一个空的context，可以用作根节点
cancelCtx 实现一个带cancel功能的context，可以主动取消
timerCtx 实现一个通过定时器timer和截止时间deadline定时取消的context
valueCtx 实现一个可以通过 key、val 两个字段来存数据的context
6 个方法
Background 返回一个emptyCtx作为根节点
TODO 返回一个emptyCtx作为未知节点
WithCancel 返回一个cancelCtx
WithDeadline 返回一个timerCtx
WithTimeout 返回一个timerCtx
WithValue 返回一个valueCtx
3. 源码分析
3.1 Context 接口
type Context interface {Deadline() (deadline time.Time, ok bool)Done() <-chan struct{}Err() errorValue(key interface{}) interface{}}
Deadline() ：返回一个time.Time，表示当前Context应该结束的时间，ok则表示有结束时间
Done()：返回一个只读chan，如果可以从该 chan 中读取到数据，则说明 ctx 被取消了
Err()：返回 Context 被取消的原因
Value(key)：返回key对应的value，是协程安全的
3.2 emptyCtx
type emptyCtx intfunc (*emptyCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {return}func (*emptyCtx) Done() <-chan struct{} {return nil}func (*emptyCtx) Err() error {return nil}func (*emptyCtx) Value(key interface{}) interface{} {return nil}
emptyCtx实现了空的Context接口，其主要作用是为Background和TODO这两个方法都会返回预先初始化好的私有变量 background 和 todo，它们会在同一个 Go 程序中被复用:
var (background = new(emptyCtx)todo = new(emptyCtx))func Background() Context {return background}func TODO() Context {return todo}
Background和TODO在实现上没有区别，只是在使用语义上有所差异：
Background是上下文的根节点；
TODO应该仅在不确定应该使用哪种上下文时使用；
3.3 cancelCtx
cancelCtx实现了canceler接口与Context接口：type canceler interface {cancel(removeFromParent bool, err error)Done() <-chan struct{}}
其结构体如下：
type cancelCtx struct {// 直接嵌入了一个 Context，那么可以把 cancelCtx 看做是一个 ContextContextmu sync.Mutex // protects following fieldsdone atomic.Value // of chan struct{}, created lazily, closed by first cancel callchildren map[canceler]struct{} // set to nil by the first cancel callerr error // set to non-nil by the first cancel call}
我们可以使用WithCancel的方法来创建一个cancelCtx:
func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {if parent == nil {panic("cannot create context from nil parent")}c := newCancelCtx(parent)propagateCancel(parent, &c)return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }}func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {return cancelCtx{Context: parent}}
上面的方法，我们传入一个父 Context（这通常是一个 background，作为根节点），返回新建的 context，并通过闭包的形式，返回了一个 cancel 方法。
newCancelCtx将传入的上下文包装成私有结构体context.cancelCtx。
propagateCancel则会构建父子上下文之间的关联，形成树结构，当父上下文被取消时，子上下文也会被取消：
func propagateCancel(parent Context, child canceler) {// 1.如果 parent ctx 是不可取消的 ctx，则直接返回 不进行关联done := parent.Done()if done == nil {return // parent is never canceled}// 2.接着判断一下 父ctx 是否已经被取消select {case <-done:// 2.1 如果 父ctx 已经被取消了，那就没必要关联了// 然后这里也要顺便把子ctx给取消了，因为父ctx取消了 子ctx就应该被取消// 这里是因为还没有关联上，所以需要手动触发取消// parent is already canceledchild.cancel(false, parent.Err())returndefault:}// 3. 从父 ctx 中提取出 cancelCtx 并将子ctx加入到父ctx 的 children 里面if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {p.mu.Lock()// double check 一下，确认父 ctx 是否被取消if p.err != nil {// 取消了就直接把当前这个子ctx给取消了// parent has already been canceledchild.cancel(false, p.err)} else {// 否则就添加到 children 里面if p.children == nil {p.children = make(map[canceler]struct{})}p.children[child] = struct{}{}}p.mu.Unlock()} else {// 如果没有找到可取消的父 context。新启动一个协程监控父节点或子节点取消信号atomic.AddInt32(&goroutines, +1)go func() {select {case <-parent.Done():child.cancel(false, parent.Err())case <-child.Done():}}()}}
上面的方法可能遇到以下几种情况：
当 parent.Done() == nil，也就是 parent 不会触发取消事件时，当前函数会直接返回；
当 child 的继承链包含可以取消的上下文时，会判断 parent 是否已经触发了取消信号；
如果已经被取消，child 会立刻被取消；
如果没有被取消，child 会被加入 parent 的 children 列表中，等待 parent 释放取消信号；
当父上下文是开发者自定义的类型、实现了 context.Context 接口并在 Done() 方法中返回了非空的管道时；
运行一个新的 Goroutine 同时监听 parent.Done() 和 child.Done() 两个 Channel；
在 parent.Done() 关闭时调用 child.cancel 取消子上下文；
propagateCancel 的作用是在 parent 和 child 之间同步取消和结束的信号，保证在 parent 被取消时，child 也会收到对应的信号，不会出现状态不一致的情况。
func parentCancelCtx(parent Context) (*cancelCtx, bool) {done := parent.Done()// 如果 done 为 nil 说明这个ctx是不可取消的// 如果 done == closedchan 说明这个ctx不是标准的 cancelCtx，可能是自定义的if done == closedchan || done == nil {return nil, false}// 然后调用 value 方法从ctx中提取出 cancelCtxp, ok := parent.Value(&cancelCtxKey).(*cancelCtx)if !ok {return nil, false}// 最后再判断一下cancelCtx 里存的 done 和 父ctx里的done是否一致// 如果不一致说明parent不是一个 cancelCtxpdone, _ := p.done.Load().(chan struct{})if pdone != done {return nil, false}return p, true}ancelCtx 的 done 方法会返回一个 chan struct{}：func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {d := c.done.Load()if d != nil {return d.(chan struct{})}c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()d = c.done.Load()if d == nil {d = make(chan struct{})c.done.Store(d)}return d.(chan struct{})}var closedchan = make(chan struct{})
parentCancelCtx 其实就是判断 parent context 里面有没有一个 cancelCtx，有就返回，让子context可以“挂靠”到parent context 上，如果不是就返回false，不进行挂靠，自己新开一个 goroutine 来监听。
3.4 timerCtx
timerCtx 内部不仅通过嵌入 cancelCtx 的方式承了相关的变量和方法，还通过持有的定时器 timer 和截止时间 deadline 实现了定时取消的功能：
type timerCtx struct {cancelCtxtimer *time.Timer // Under cancelCtx.mu.deadline time.Time}func (c *timerCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {return c.deadline, true}func (c *timerCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {c.cancelCtx.cancel(false, err)if removeFromParent {removeChild(c.cancelCtx.Context, c)}c.mu.Lock()if c.timer != nil {c.timer.Stop()c.timer = nil}c.mu.Unlock()}
3.5 valueCtx
valueCtx 是多了 key、val 两个字段来存数据：
type valueCtx struct {Contextkey, val interface{}}
取值查找的过程，实际上是一个递归查找的过程：
func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {if c.key == key {return c.val}return c.Context.Value(key)}
如果 key 和当前 ctx 中存的 value 一致就直接返回，没有就去 parent 中找。最终找到根节点（一般是 emptyCtx），直接返回一个 nil。所以用 Value 方法的时候要判断结果是否为 nil，类似于一个链表，效率是很低的，不建议用来传参数。
4. 使用建议
在官方博客里，对于使用 context 提出了几点建议：
不要将 Context 塞到结构体里。直接将 Context 类型作为函数的第一参数，而且一般都命名为 ctx
不要向函数传入一个 nil 的 context，如果你实在不知道传什么，标准库给你准备好了一个 context：todo。 不要把本应该作为函数参数的类型塞到 context 中，context 存储的应该是一些共同的数据。例如：登陆的 session、cookie 等。 同一个 context 可能会被传递到多个 goroutine，别担心，context 是并发安全的。
链接：https://juejin.cn/post/7106157600399425543
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