使用context、WaitGroup优雅处理goroutine

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

你好，我是 Seekload。

今天给大家分享一篇如何使用 context、waitGroup 实现程序快速且优雅退出的文章！

原文如下：

最近，我正在编写一个“滴答器”的应用程序，每次“滴答”时可能会产生数千的 goroutine。我想确保当应用终止时，即使有一些特定的 goroutine 处理比较缓慢，它也能快速而优雅地退出。

刚开始的时候，围绕如何输出日志，我使用 sync.WaitGroup 实现流程控制，但我很快意识到如果我创建了很多 goroutine，即使其中很小一部分没有立即返回，我的程序会在终止时 hang 住。这让我重新考虑 context.WithCancel，并理解该如何重新调整我的程序，使其能快速且优雅地退出！

我们可以通过构建示例程序一步步来验证下，最初的示例程序并不会使用前面提到的技术点。

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)
  }
 }
}

执行程序，我们会发现 Received job ... 和 Completed doing ... 会交替输出，输出可能类似下面这样：

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.

多次打印的结果并不一致！这是合理的，我们都知道 goroutines 并不会阻塞，所以除非我们对它做些什么，否则协程里的代码会立即执行。

我们添加 WaitGroup 来完善下流程，先在 var 代码块中定义变量：

var (
    ..
    wg sync.WaitGroup
)

调整下 loop 循环：

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，修改协程函数：

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

WaitGroups 会等待一组 goroutines 执行完成，仔细阅读代码我们发现：

每次循环时 WaitGroup 的计数器会加 1，加 1 原因是因为在 goroutine 里每次调用 wg.Done() 计数器会减一，这样 goroutine 执行完成返回之后计数器能维持平衡；
在调用 logger 之前，我们添加了 wg.Wait()，这样当程序执行到这里的时候便会阻塞直到 WaitGroups 的计数器减为 0。当所有 goroutines 调用 wg.Done() 之后，计数器便会恢复成 0。

很简单，是不是？我们再次执行程序，可以看到结果比之前的更一致：

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

顺便说一句，与预期的一样，jobs 并不会按顺序执行，因为我们并没有采取任何措施来确保这一点。

在我们继续之前，按照目前的状态执行程序并尝试使用 Control+D 来终止程序，程序退出不会出现任何问题。

为了证明程序需要进一步完善，让我们添加一些代码模拟真实业务场景。我们新建一个函数，函数里面调用外部 API 并等待请求响应。请求过程中，我们将会调用 context.WithCancel 取消请求。

首先，创建一个未使用 context 的函数。下面的代码更复杂，有必要的话请看注释：

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
}

修改定时器“滴答”，删除调用 doSomething() 的代码、删除 jobs channel（不会再使用到它）并且调用 doAPICall()。

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

执行程序并再次尝试退出程序：

WaitGroup 会等待所有的 goroutines 完成；
doAPICall() 调用会发生阻塞直到 httpstat.us() 接口返回，调用耗时大概 1000ms ~ 4000ms；
取决于你终止程序的时间，退出会变得很困难(耗时比较长)，试一次可能发现不了问题，在不同的时刻多尝试几次；

现在来演示 context.WithCancel 如何进一步控制程序取消。当 context.WithCancel 初始化之后，会返回一个 context 和取消函数 CancelFunc()。这个取消函数会取消 context，第一次听到这个会困惑。阅读 Go 官方博客的文章 Go Concurrency Patterns: Context^[1] 对于进一步理解 context.WithCancel 会有所帮助，推荐阅读完本篇文章之后再看！

ok，我们回到正文。为了实现取消流程控制，需要修改下代码。首先，使用 context 创建一个取消函数：

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

接着，在匿名函数里监听程序终止的信号，signals 被通知之后调用 CancelFunc，这意味着上下文将被视为已取消：

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)
}()

接着，调整 doAPICall() 函数，多接收一个 context 参数；使用 select-case 修改函数返回，等待 ctx.Done 或等待请求响应。为了简介，只展示了函数部分代码：

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，确保调用 doAPICall() 函数时传递了 context 参数。现在，运行程序并多次在不同的时间点终止程序。

现在会发生什么？程序会立即退出。select-case 代码会监听 ctx.Done 是否关闭或者接口请求是否响应，哪个 case 的 channel 信号先到就先执行谁。当应用程序终止时，ctx.Done() 优先执行并且函数提前返回，不再关心请求是否响应。WaitGroup 的作用没变 - 等待一组 goroutines 完成。现在，程序的终止流程得到很大改善。

Go 的基本哲学之一就是：

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

这里，我们使用 channel 在 goroutines 之间传递引用，这使得我们能够改进应用程序的流程。

有很多种办法可以用来改善流程，例如，我们不跨 goroutine 接收 API 的响应或者错误。值得庆幸的是，Go 很容易就可以实现这点，因此可以将它视为一个起点，如果你还想完善，可以尝试下这些想法。

下面是完整的示例，仅供参考：

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)
  }
 }
}

最后一点，本文部分代码受到博文 Go Concurrency Patterns: Context^[2] 的启发，再次推荐这篇文章。这篇文章还介绍了其他控制函数，比如：context.WithTimeout 等。Go 官方博客是每个人都应该阅读的宝库！

参考资料

[1]

Go Concurrency Patterns: Context: https://blog.golang.org/context

[2]

Go Concurrency Patterns: Context: https://blog.golang.org/context

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图解Go语言Context

使用 Go 语言 context 包的取消功能

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