夜雨聆风
深入 Golang 源码:一文搞懂 Context 底层原理
前言：在 Go 语言的高并发编程中，context 是控制 Goroutine 生命周期的核心工具。除了“它是用来控制超时和取消的”这种标准回答外，你是否深入过源码，了解它是如何通过级联取消所有子协程的？本文将带你像剥洋葱一样，一层层揭开 Context 的代码实现。
一、 Context 接口定义
Context 的设计非常精简，它本质上只是一个接口（Interface）。任何实现了这 4 个方法的结构体，都可以被称为 Context。
type Context interface {// 返回截止时间。如果 ok==false，表示没有设置截止时间。Deadline() (deadline time.Time, ok bool)// 返回一个只读通道。// 当 Context 被取消或超时时，该通道会被关闭。Done() <-chan struct{}// 返回 Context 结束的原因（Canceled 或 DeadlineExceeded）。Err() error// 用于在 Context 树中传递数据。Value(key any) any}
二、 万物起源：emptyCtx
我们在代码中常用的 context.Background() 和 context.TODO()，它们的底层其实是同一个东西——emptyCtx。
// emptyCtx 是一个空的结构体type emptyCtx struct{}func (emptyCtx) Deadline() (deadline time.Time, ok bool) {return// 永不超时}func (emptyCtx) Done() <-chan struct{} {return nil// 返回 nil channel，读取它会永久阻塞，代表永远不会 Done}func (emptyCtx) Err() error {return nil// 永远没有错误}func (emptyCtx) Value(key any) any {return nil// 没有任何值}
总结：Background 是所有 Context 树的根节点（Root），它是一个永远不会取消、没有值、用不超时的“空壳”。
三、 核心机制 I：取消 (cancelCtx)
当我们调用 context.WithCancel(parent) 时，Go 会创建一个 cancelCtx。
1. 结构体定义
type cancelCtx struct {Context // 嵌入父 Context，形成链表/树结构musync.Mutex// 互斥锁，保护内部字段的线程安全doneatomic.Value// 懒加载的 chan struct{}，用于发送取消信号children map[canceler]struct{} // 存储所有子节点，用于级联取消errerrorcauseerror}
2. Done() 的懒加载与双重检查
Done() 方法并没有在创建时就生成 Channel，而是等到有人调用时才创建（Lazy Loading）。
func (c *cancelCtx) Done() <-chan struct{} {// 1. 尝试直接读d := c.done.Load()if d != nil {return d.(chan struct{}) }// 2. 加锁创建c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()// 3. 双重检查（Double Check）d = c.done.Load()if d == nil {d = make(chan struct{})c.done.Store(d) }return d.(chan struct{})}
3. cancel()：毁灭的连锁反应
当你调用 cancel() 函数时，底层发生了什么？
func (c *cancelCtx) cancel(removeFromParent bool, err, cause error) {// ... 省略部分检查代码 ...c.mu.Lock()if c.err != nil {c.mu.Unlock()return // 已经被取消过了，直接返回 }c.err = errc.cause = cause// 1. 关闭 done channel// 所有监听 <-ctx.Done() 的协程此时都会收到信号！d, _ : =c.done.Load().(chanstruct{})if d == nil {c.done.Store(closedchan) // 存储一个已经关闭的 channel } else {close(d) }// 2. 级联取消子节点 (递归)// 遍历 children map，依次调用它们的 cancel 方法for child := range c.children {child.cancel(false, err, cause) }c.children = nil// 释放 map，避免内存泄漏c.mu.Unlock()// 3. 从父节点中移除自己if removeFromParent {removeChild(c.Context, c) }}
四、 核心机制 II：传值 (valueCtx)
context.WithValue 并没有像 Map 一样把所有值存在一个地方，而是像洋葱一样一层层包裹。
type valueCtx struct {Context// 父节点key, val any // 当前节点只存这一对 KV}
Value() 的查找逻辑：向上递归
查找过程是一个典型的链表回溯过程O(N)复杂度：
func (c *valueCtx) Value(key any) any {// 1. 如果当前节点就是要找的 key，直接返回if c.key == key {return c.val }// 2. 委托给父节点去找return c.Context.Value(key)}
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覆盖：如果子 Context 和父 Context 存了相同的 key，子 Context 的值会覆盖父 Context（因为先找到子节点的）。
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效率：不要用 Context 存大量数据，查找效率低。
五、 核心机制 III：超时 (timerCtx)
WithDeadline 和 WithTimeout 底层都是 timerCtx。它继承了 cancelCtx 的所有能力，并加了一个定时器。
type timerCtx struct {*cancelCtxtimer *time.Timer// 到了 deadline 自动触发 canceldeadline time.Time}
逻辑很简单：创建一个定时器，时间到了就自动调用 cancel()。如果用户提前手动调用了 cancel()，则需要把定时器停掉 (c.timer.Stop()) 以释放资源。
六、 总结
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Done 通道：懒加载，关闭通道即广播信号。
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取消传播：通过 children map 持有子节点，递归调用 cancel。
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值查找 ：通过 valueCtx 链表向上回溯，效率O(N)。
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线程安全：依靠 sync.Mutex 和 atomic.Value 保证并发安全。
避坑指南
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不要把 Context 放在结构体里：Context 应该是函数的第一参数（ctx context.Context），因为它属于请求作用域，而不是对象属性。
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不要用 Context 传参：Context 里的 Value 应该只存元数据（如 TraceID、Auth Token），不要存业务参数（如 UserID、OrderID）。
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一定要 Cancel：如果你创建了 WithCancel 或 WithTimeout，一定要在 defer 中调用 cancel()，否则会导致 Goroutine 或 Channel 泄漏（尤其是父节点生命周期很长时）。
