golang并发控制之WaitGroup与Context

文章目录 channelWaitGroupWaitGroup结构AddWaitDone 示例 Contextcontext接口context类型cancelCtxtimerCtxvalueCtx 示例
在go中有三种方式实现并发控制（主协程等待子协程完成）：

Channel：通过channel控制子协程；WaitGroup：使用信号量控制子协程；子协程数动态可调整；Context：使用上下文控制子协程；可进一步控制孙子协程； channel

通过channel控制（参见《golang通道channel与定时器简介》）子协程；实现简单，清晰易懂；但每个子协程都要有一个channel用于跟父协程通信，父协程等待所有子协程结束；且对子协程的派生协程控制不方便；

WaitGroup

WaitGroup是Golang应用开发过程中经常使用的并发控制技术。

信号量：

当信号量>0时，表示资源可用；获取信号量时信号量减一；当信号量==0时，表示资源不可用；获取信号量时，当前线程进入睡眠，当信号量为正时被唤醒。 WaitGroup结构

包含state计数器和一个信号量：

counter：还未执行完成的协程数量；waiter count：多少个等待者；semaphore：信号量；

对外提供接口

Add(delta int)：counter增加delta（delta可以为负）；Wait()：waiter递增一，并阻塞等待信号量；Done()：counter减一，并按照waiter数释放相应次数信号量；

Add *** 作必须早于Wait，Add设置的总值要与实际协程数量一致。

Add

Add做了两件事：

把delta累加到counter中；若counter值变为0，根据waiter数量释放等量的信号量；若counter为负数，则panic。 Wait

Wait也做了两件事：

累加waiter；阻塞等待信号量； Done

Done只做一件事，把counter减一；实际只是调用Add(-1)；

示例

WaitGroup可在初始化时就设定等待数量，也可在启动goroutine前（一定要保证在Wait运行前已添加）通过Add增加：

func father(wg *sync.WaitGroup) {
	defer wg.Done()

	fmt.Printf("father\n")
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go child(wg, i)
	}
}

func child(wg *sync.WaitGroup, id int) {
	defer wg.Done()
	fmt.Printf("child [%d]\n", id)
}

func doWait() {
	var wg sync.WaitGroup
	wg.Add(1)
	go father(&wg)

	wg.Wait()
	fmt.Println("father and all children exit")
}

Context

相比WaitGroup，Context对于派生协程有更强的控制力，可控制多级协程。

context接口

Context是一个接口，凡是实现此接口的类都可称为是一种context：

type Context interface {
	Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
	Done() <-chan struct{}
	Err() error
	Value(key interface{}) interface{}
}

各接口说明：

Deadline：返回当前 Context 被取消的时间，也就是完成工作的截止时间（deadline）；若未设置过，ok返回false，且deadline为Time初始值；Done：返回channel（context已关闭时，返回关闭的channel；未关闭时，返回nil），需要在select-case中使用，如case <-context.Done():；Err：描述context关闭的原因（contex还未关闭时，返回nil）；Value：从 Context 中返回键对应的值，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，该方法仅用于传递跨 API 和进程间跟请求域的数据。

典型使用：

for {
	select {
	case <-ctx.Done():
		fmt.Println("Contex has done:", ctx.Err())
		return
	default:
		fmt.Println("Is running")
		time.Sleep(2 * time.Second)
	}
}

context类型

context包中定义了四种类型的context：

context包中有一个公用的emptyCtx全局变量，可通过context.Background()获取后做为其他类型的父context；

Context仅仅是一个接口定义，跟据实现的不同，可以衍生出不同的context类型；cancelCtx实现了Context接口，通过WithCancel()创建cancelCtx实例；timerCtx实现了Context接口，通过WithDeadline()和WithTimeout()创建timerCtx实例；valueCtx实现了Context接口，通过WithValue()创建valueCtx实例；三种context实例可互为父节点，从而可以组合成不同的应用形式； cancelCtx

可取消上下文环境：

通过ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())创建；通过cancel()取消；

type cancelCtx struct {
	Context

	mu sync.Mutex 		// protects following fields
	done chan struct{} 	// created lazily, closed by first cancel call
	children map[canceler]struct{} 	// set to nil by the first cancel call
	err error 	// set to non-nil by the first cancel call
}

func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {
	c.mu.Lock()
	if c.done == nil {
		c.done = make(chan struct{})
	}
	d := c.done
	c.mu.Unlock()
	return d
}

func (c *cancelCtx) Err() error {
	c.mu.Lock()
	err := c.err
	c.mu.Unlock()
	return err
}

func (c *cancelCtx) cancel(removeFromParent bool, err error) {
	c.mu.Lock()

	c.err = err //设置一个error， 说明关闭原因
	close(c.done) //将channel关闭， 以此通知派生的context

	for child := range c.children { //遍历所有children， 逐个调用cancel方法
		child.cancel(false, err)
	}
	c.children = nil
	c.mu.Unlock()

	if removeFromParent { // 正常情况下，需要将自己从parent删除
		removeChild(c.Context, c)
	}
}

children记录了所有由此context派生的所有child（此context被cancel时，所有child也会被cancel掉）。

timerCtx

定时器上下文，可通过WithDeadline()或WithTimeout()来创建：

定时器到期时，会自动cancel掉；err设为”context deadline exceeded”；也可手动cancel掉；err设为"context canceled"；

type timerCtx struct {
	cancelCtx
	timer *time.Timer // Under cancelCtx.mu.
	deadline time.Time	// 自动cancel的最终时间
}

valueCtx

传递数据的上下文：

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)
}

示例

超时上下文可以主动调用cancel来取消，也可等待时间到后自动取消：

func contextWorker(index int, ctx context.Context, wg *sync.WaitGroup)  {
	defer wg.Done()
	
	for{
		select {
		case <-ctx.Done():
			fmt.Println(index, "Context done:", ctx.Err())
			return
		default:
			fmt.Println("worker:", index)
			time.Sleep(1000*time.Millisecond)
		}

	}
}

func doContext()  {
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 5*time.Second)
	//defer cancel()

	var wg sync.WaitGroup
	for i:=0; i<3; i++{
		wg.Add(1)
		go contextWorker(i+1, ctx, &wg)
	}

	time.Sleep(2*time.Second)
	cancel()

	wg.Wait()

	fmt.Println("Waited, to quit")
}

取消后，子例程会退出：

worker: 3
worker: 2
worker: 1
worker: 3
worker: 2
worker: 1
1 Context done: context canceled
2 Context done: context canceled
3 Context done: context canceled
Waited, to quit

若去掉主动cancel，则会等待超时自动取消：

2 Context done: context deadline exceeded
3 Context done: context deadline exceeded
1 Context done: context deadline exceeded