context包内部如何实现的？

context包内部如何实现的？

**题目来源：**好未来

答案1：

context是 Go 语言在 1.7 版本中引入标准库的接口。context主要用于父子任务之间的同步取消信号，本质上是一种协程调度的方式。另外在使用context时有两点值得注意：上游任务仅仅使用context通知下游任务不再需要，但不会直接干涉和中断下游任务的执行，由下游任务自行决定后续的处理操作，也就是说context的取消操作是无侵入的；context是线程安全的，因为context本身是不可变的（immutable），因此可以放心地在多个协程中传递使用。

方法：

Deadline — 返回 context.Context 被取消的时间，也就是完成工作的截止日期；
Done — 返回一个 Channel，这个 Channel 会在当前工作完成或者上下文被取消后关闭，多次调用 Done 方法会返回同一个 Channel；
Err — 返回 context.Context 结束的原因，它只会在 Done 方法对应的 Channel 关闭时返回非空的值；
- 如果 context.Context 被取消，会返回 Canceled 错误；
- 如果 context.Context 超时，会返回 DeadlineExceeded 错误；
Value — 从 context.Context 中获取键对应的值，对于同一个上下文来说，多次调用 Value 并传入相同的 Key 会返回相同的结果，该方法可以用来传递请求特定的数据；

设计原理

在 Goroutine 构成的树形结构中对信号进行同步以减少计算资源的浪费是 context.Context 的最大作用。Go 服务的每一个请求都是通过单独的 Goroutine 处理的，HTTP/RPC 请求的处理器会启动新的 Goroutine 访问数据库和其他服务。

（context树结构）

78.context包内部如何实现的？ - 图1

每一个 context.Context 都会从最顶层的 Goroutine 一层一层传递到最下层。context.Context 可以在上层 Goroutine 执行出现错误时，将信号及时同步给下层。

如果不使用 context，当最上层的 Goroutine 因为某些原因执行失败时，下层的 Goroutine 由于没有接收到这个信号所以会继续工作；但是当我们正确地使用 context.Context 时，就可以在下层及时停掉无用的工作以减少额外资源的消耗。

多个 Goroutine 同时订阅 ctx.Done() 管道中的消息，一旦接收到取消信号就立刻停止当前正在执行的工作。

默认上下文

context 包中最常用的方法还是 context.Background、context.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。

context.Background 是上下文的默认值，所有其他的上下文都应该从它衍生出来；
context.TODO 应该仅在不确定应该使用哪种上下文时使用。

func Background() Context {
    return background
}
func TODO() Context {
    return todo
} 
这两个私有变量都是通过 new(emptyCtx) 语句初始化的，它们是指向私有结构体 
context.emptyCtx 的指针，这是最简单、最常用的上下文类型。
//////////////////     emptyCtx    ///////////////////
type emptyCtx int
func (*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 
}

取消信号

context.WithCancel 函数能够从 context.Context 中衍生出一个新的子上下文并返回用于取消该上下文的函数。一旦我们执行返回的取消函数，当前上下文以及它的子上下文都会被取消，所有的 Goroutine 都会同步收到这一取消信号。

Context 子树的取消

//  context.WithCancel 函数的实现
func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
    c := newCancelCtx(parent)
    propagateCancel(parent, &c)
    return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}
func propagateCancel(parent Context, child canceler) {
    done := parent.Done()
    if done == nil {
        return // 父上下文不会触发取消信号
    }
    select {
    case <-done:
        child.cancel(false, parent.Err()) // 父上下文已经被取消
        return
    default:
    }
    if p, ok := parentCancelCtx(parent); ok {
        p.mu.Lock()
        if p.err != nil {
            child.cancel(false, p.err)
        } else {
            p.children[child] = struct{}{}
        }
        p.mu.Unlock()
    } else {
        go func() {
            select {
            case <-parent.Done():
                child.cancel(false, parent.Err())
            case <-child.Done():
            }
        }()
    }
}

context.newCancelCtx 将传入的上下文包装成私有结构体 context.cancelCtx；
context.propagateCancel 会构建父子上下文之间的关联，当父上下文被取消时，子上下文也会被取消：

propagateCancel

propagateCancel 可能出现的情况：

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；
  context.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。

context.cancelCtx 实现的几个接口方法也没有太多值得分析的地方，该结构体最重要的方法是 context.cancelCtx.cancel，该方法会关闭上下文中的 Channel 并向所有的子上下文同步取消信号

// cancel 取消函数
func (c *cancelCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
    c.mu.Lock()
    if c.err != nil {
        c.mu.Unlock()
        return
    }
    c.err = err
    if c.done == nil {
        c.done = closedchan
    } else {
        close(c.done)
    }
    for child := range c.children {
        child.cancel(false, err)
    }
    c.children = nil
    c.mu.Unlock()
    if removeFromParent {
        removeChild(c.Context, c)
    }
}

context 包中的另外两个函数 context.WithDeadline 和 context.WithTimeout 也都能创建可以被取消的计时器上下文 context.timerCtx

func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc) {
    return WithDeadline(parent, time.Now().Add(timeout))
}
func WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc) {
    if cur, ok := parent.Deadline(); ok && cur.Before(d) {
        return WithCancel(parent)
    }
    c := &timerCtx{
        cancelCtx: newCancelCtx(parent),
        deadline:  d,
    }
    propagateCancel(parent, c)
    dur := time.Until(d)
    if dur <= 0 {
        c.cancel(true, DeadlineExceeded) // 已经过了截止日期
        return c, func() { c.cancel(false, Canceled) }
    }
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    if c.err == nil {
        c.timer = time.AfterFunc(dur, func() {
            c.cancel(true, DeadlineExceeded)
        })
    }
    return c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}

context.WithDeadline 在创建 context.timerCtx 的过程中判断了父上下文的截止日期与当前日期，并通过 time.AfterFunc 创建定时器，当时间超过了截止日期后会调用 context.timerCtx.cancel 同步取消信号。
context.timerCtx 内部不仅通过嵌入 context.cancelCtx 结构体继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

ype timerCtx struct {
    cancelCtx
    timer *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()
}

context.timerCtx.cancel 方法不仅调用了 context.cancelCtx.cancel，还会停止持有的定时器减少不必要的资源浪费。

传值方法

func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context {
    if key == nil {
        panic("nil key")
    }
    if !reflectlite.TypeOf(key).Comparable() {
        panic("key is not comparable")
    }
    return &valueCtx{parent, key, val}
}
type valueCtx struct {
    Context
    key, val interface{}
}
func (c *valueCtx) Value(key interface{}) interface{} {
    if c.key == key {
        return c.val
    }
    return c.Context.Value(key)
}

context.valueCtx 结构体会将除了 Value 之外的 Err、Deadline 等方法代理到父上下文中，它只会响应 context.valueCtx.Value 方法，该方法的实现也很简单。
如果 context.valueCtx 中存储的键值对与 context.valueCtx.Value 方法中传入的参数不匹配，就会从父上下文中查找该键对应的值直到某个父上下文中返回 nil 或者查找到对应的值。