使用context、WaitGroup優(yōu)雅處理goroutine

https://justbartek.ca/p/golang-context-wg-go-routines/
作者：Bartek

今天給大家分享一篇 如何使用 context、waitGroup 實(shí)現(xiàn)程序快速且優(yōu)雅退出 的文章！

原文如下：

最近，我正在編寫一個“滴答器”的應(yīng)用程序，每次“滴答”時可能會產(chǎn)生數(shù)千的 goroutine。我想確保當(dāng)應(yīng)用終止時，即使有一些特定的 goroutine 處理比較緩慢，它也能快速而優(yōu)雅地退出。

剛開始的時候，圍繞如何輸出日志，我使用 sync.WaitGroup 實(shí)現(xiàn)流程控制，但我很快意識到如果我創(chuàng)建了很多 goroutine，即使其中很小一部分沒有立即返回，我的程序會在終止時 hang 住。這讓我重新考慮 context.WithCancel，并理解該如何重新調(diào)整我的程序，使其能快速且優(yōu)雅地退出！

我們可以通過構(gòu)建示例程序一步步來驗證下，最初的示例程序并不會使用前面提到的技術(shù)點(diǎn)。

package main

import (
 "fmt"
 "log"
 "math/rand"
 "os"
 "os/signal"
 "syscall"
 "time"
)

func doSomething(ch chan int) {
 fmt.Printf("Received job %d\n", <-ch)
}

func init() {
 rand.Seed(time.Now().Unix())
}

func main() {
 var (
  closing   = make(chan struct{})
  ticker    = time.NewTicker(1 * time.Second)
  logger    = log.New(os.Stderr, "", log.LstdFlags)
  batchSize = 6
  jobs      = make(chan int, batchSize)
 )

 go func() {
  signals := make(chan os.Signal, 1)
  signal.Notify(signals, syscall.SIGTERM, os.Interrupt)
  <-signals
  close(closing)
 }()
loop:
 for {
  select {
  case <-closing:
   break loop
  case <-ticker.C:
   for n := 0; n < batchSize; n++ {
    jobs <- n
    go doSomething(jobs)
   }
   logger.Printf("Completed doing %d things.", batchSize)
  }
 }
}

執(zhí)行程序，我們會發(fā)現(xiàn) Received job ... 和 Completed doing ... 會交替輸出，輸出可能類似下面這樣：

Received job 0
Received job 1
Received job 2
2021/02/08 21:30:59 Completed doing 6 things.
Received job 3
Received job 4
Received job 5
2021/02/08 21:31:00 Completed doing 6 things.

多次打印的結(jié)果并不一致！這是合理的，我們都知道 goroutines 并不會阻塞，所以除非我們對它做些什么，否則協(xié)程里的代碼會立即執(zhí)行。

我們添加 WaitGroup 來完善下流程，先在 var 代碼塊中定義變量：

var (
    ..
    wg sync.WaitGroup
)

調(diào)整下 loop 循環(huán)：

for n := 0; n < batchSize; n++ {
    wg.Add(1)
    jobs <- n
    go doSomething(&wg, jobs)
}
wg.Wait()
logger.Printf("Completed doing %d things.", batchSize)

最后，修改協(xié)程函數(shù)：

func doSomething(wg *sync.WaitGroup, ch chan int) {
    defer wg.Done()
    fmt.Printf("Received job %d\n", <-ch)
}

WaitGroups 會等待一組 goroutines 執(zhí)行完成，仔細(xì)閱讀代碼我們發(fā)現(xiàn)：

1. 每次循環(huán)時 WaitGroup 的計數(shù)器會加 1，加 1 原因是因為在 goroutine 里每次調(diào)用 wg.Done() 計數(shù)器會減一，這樣 goroutine 執(zhí)行完成返回之后計數(shù)器能維持平衡；
2. 在調(diào)用 logger 之前，我們添加了 wg.Wait()，這樣當(dāng)程序執(zhí)行到這里的時候便會阻塞直到 WaitGroups 的計數(shù)器減為 0。當(dāng)所有 goroutines 調(diào)用 wg.Done() 之后，計數(shù)器便會恢復(fù)成 0。

很簡單，是不是？我們再次執(zhí)行程序，可以看到結(jié)果比之前的更一致：

2021/02/08 21:46:47 Completed doing 6 things.
Received job 0
Received job 1
Received job 2
Received job 4
Received job 5
Received job 3
2021/02/08 21:46:48 Completed doing 6 things.
Received job 0
Received job 2
Received job 3
Received job 4
Received job 5
Received job 1

順便說一句，與預(yù)期的一樣，jobs 并不會按順序執(zhí)行，因為我們并沒有采取任何措施來確保這一點(diǎn)。

在我們繼續(xù)之前，按照目前的狀態(tài)執(zhí)行程序并嘗試使用 Control+D 來終止程序，程序退出不會出現(xiàn)任何問題。

為了證明程序需要進(jìn)一步完善，讓我們添加一些代碼模擬真實(shí)業(yè)務(wù)場景。我們新建一個函數(shù)，函數(shù)里面調(diào)用外部 API 并等待請求響應(yīng)。請求過程中，我們將會調(diào)用 context.WithCancel 取消請求。

首先，創(chuàng)建一個未使用 context 的函數(shù)。下面的代碼更復(fù)雜，有必要的話請看注釋：

func doAPICall(wg *sync.WaitGroup) error {
 defer wg.Done()

 req, err := http.NewRequest("GET", "https://httpstat.us/200", nil)
 if err != nil {
  return err
 }

 // The httpstat.us API accepts a sleep parameter which sleeps the request for the
 // passed time in ms
 q := req.URL.Query()
 sleepMin := 1000
 sleepMax := 4000
 q.Set("sleep", fmt.Sprintf("%d", rand.Intn(sleepMax-sleepMin)+sleepMin))
 req.URL.RawQuery = q.Encode()

 // Make the request to the API in an anonymous function, using a channel to
 // communicate the results
 c := make(chan error, 1)
 go func() {
  // For the purposes of this example, we're not doing anything with the response.
  _, err := http.DefaultClient.Do(req)
  c <- err
 }()

 // Block until the channel is populated
 return <-c
}

修改定時器“滴答”，刪除調(diào)用 doSomething() 的代碼、刪除 jobs channel（不會再使用到它）并且調(diào)用 doAPICall()。

for n := 0; n < batchSize; n++ {
    wg.Add(1)
    go doAPICall(&wg)
}

執(zhí)行程序并再次嘗試退出程序：

• WaitGroup 會等待所有的 goroutines 完成；
• doAPICall() 調(diào)用會發(fā)生阻塞直到 httpstat.us() 接口返回，調(diào)用耗時大概 1000ms ~ 4000ms；
• 取決于你終止程序的時間，退出會變得很困難(耗時比較長)，試一次可能發(fā)現(xiàn)不了問題，在不同的時刻多嘗試幾次；

現(xiàn)在來演示 context.WithCancel 如何進(jìn)一步控制程序取消。當(dāng) context.WithCancel 初始化之后，會返回一個 context 和取消函數(shù) CancelFunc()。這個取消函數(shù)會取消 context，第一次聽到這個會困惑。閱讀 Go 官方博客的文章 Go Concurrency Patterns: Context^[1] 對于進(jìn)一步理解 context.WithCancel 會有所幫助，推薦閱讀完本篇文章之后再看！

ok，我們回到正文。為了實(shí)現(xiàn)取消流程控制，需要修改下代碼。首先，使用 context 創(chuàng)建一個取消函數(shù)：

var (
    ctx, cancel = context.WithCancel(context.Background())
    ...
)

接著，在匿名函數(shù)里監(jiān)聽程序終止的信號，signals 被通知之后調(diào)用 CancelFunc，這意味著上下文將被視為已取消：

go func() {
    signals := make(chan os.Signal, 1)
    signal.Notify(signals, syscall.SIGTERM, os.Interrupt)
    <-signals
    logger.Println("Initiating shutdown of producer.")
    cancel()
    close(closing)
}()

接著，調(diào)整 doAPICall() 函數(shù)，多接收一個 context 參數(shù)；使用 select-case 修改函數(shù)返回，等待 ctx.Done 或等待請求響應(yīng)。為了簡介，只展示了函數(shù)部分代碼：

func doAPICall(ctx context.Context, ....) {
    // Cancel the request if ctx.Done is closed or await the response
    select {
    case <-ctx.Done():
           return ctx.Err()
    case err := <-c:
        return err
    }
}

最后，確保調(diào)用 doAPICall() 函數(shù)時傳遞了 context 參數(shù)?，F(xiàn)在，運(yùn)行程序并多次在不同的時間點(diǎn)終止程序。

現(xiàn)在會發(fā)生什么？程序會立即退出。select-case 代碼會監(jiān)聽 ctx.Done 是否關(guān)閉或者接口請求是否響應(yīng)，哪個 case 的 channel 信號先到就先執(zhí)行誰。當(dāng)應(yīng)用程序終止時，ctx.Done() 優(yōu)先執(zhí)行并且函數(shù)提前返回，不再關(guān)心請求是否響應(yīng)。WaitGroup 的作用沒變 - 等待一組 goroutines 完成?，F(xiàn)在，程序的終止流程得到很大改善。

Go 的基本哲學(xué)之一就是：

Don't communicate by sharing memory; share memory by communicating.

這里，我們使用 channel 在 goroutines 之間傳遞引用，這使得我們能夠改進(jìn)應(yīng)用程序的流程。

有很多種辦法可以用來改善流程，例如，我們不跨 goroutine 接收 API 的響應(yīng)或者錯誤。值得慶幸的是，Go 很容易就可以實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，因此可以將它視為一個起點(diǎn)，如果你還想完善，可以嘗試下這些想法。

下面是完整的示例，僅供參考：

package main

import (
 "context"
 "fmt"
 "log"
 "math/rand"
 "net/http"
 "os"
 "os/signal"
 "sync"
 "syscall"
 "time"
)

func doAPICall(ctx context.Context, wg *sync.WaitGroup) error {
 defer wg.Done()

 req, err := http.NewRequest("GET", "https://httpstat.us/200", nil)
 if err != nil {
  return err
 }

 // The httpstat.us API accepts a sleep parameter which sleeps the request for the
 // passed time in ms
 q := req.URL.Query()
 sleepMin := 1000
 sleepMax := 4000
 q.Set("sleep", fmt.Sprintf("%d", rand.Intn(sleepMax-sleepMin)+sleepMin))
 req.URL.RawQuery = q.Encode()

 c := make(chan error, 1)
 go func() {
  // For the purposes of this example, we're not doing anything with the response.
  _, err := http.DefaultClient.Do(req)
  c <- err
 }()

 // Block until either channel is populated or closed
 select {
 case <-ctx.Done():
  return ctx.Err()
 case err := <-c:
  return err
 }
}

func init() {
 rand.Seed(time.Now().Unix())
}

func main() {
 var (
  closing     = make(chan struct{})
  ticker      = time.NewTicker(1 * time.Second)
  logger      = log.New(os.Stderr, "", log.LstdFlags)
  batchSize   = 6
  wg          sync.WaitGroup
  ctx, cancel = context.WithCancel(context.Background())
 )

 go func() {
  signals := make(chan os.Signal, 1)
  signal.Notify(signals, syscall.SIGTERM, os.Interrupt)
  <-signals
  cancel()
  close(closing)
 }()
loop:
 for {
  select {
  case <-closing:
   break loop
  case <-ticker.C:
   for n := 0; n < batchSize; n++ {
    wg.Add(1)
    go doAPICall(ctx, &wg)
   }
   wg.Wait()
   logger.Printf("Completed doing %d things.", batchSize)
  }
 }
}

最后一點(diǎn)，本文部分代碼受到博文 Go Concurrency Patterns: Context^[2] 的啟發(fā)，再次推薦這篇文章。這篇文章還介紹了其他控制函數(shù)，比如：context.WithTimeout 等。Go 官方博客是每個人都應(yīng)該閱讀的寶庫！

參考資料

推薦閱讀

• 也許是 Go Context 最佳實(shí)踐