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Context 패키지 (이론)

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패키지 구성

Package context defines the Context type, which carries deadlines, cancellation signals, and other request-scoped values across API boundaries and between processes.

컨텍스트 패키지는 Context 타입을 구현하고 있는 패키지입니다. 이 컨텍스트 타입은 인터페이스로 실제로는 하부에 크게 5가지 타입의 컨텍스트 구현체가 존재합니다.

컨텍스트 종류

  1. 아무 상태도 가지지 않은, backgroundCtx와 todoCtx
  2. 취소 시그널을 보내거나 무시할 수 있는, cancelCtx와 withoutCancelCtx
  3. 특정 시간만 동작하거나 특정 시각까지만 동작하는, timerCtx
  4. 키와 값을 저장하는, valueCtx
  5. 사후 처리를 담당하는, afterFuncCtx

backgroud, todo

아마 세상에서 가장 많이 쓰이는 컨텍스트입니다.

import "context"

func main() {
    ctx := context.Background()
}

It is typically used by the main function, initialization, and tests, and as the top-level Context for incoming requests.

background 컨텍스트에 대해서 패키지 주석으로 위와 같이 작성되어 있습니다.
즉, main 함수나 초기화, 테스트 등에서 사용되며, 들어오는 요청에 대한 최상위 컨텍스트로 사용됩니다.
원래 의도대로 라면 어떤 컨텍스트가 필요한 요청(예를 들면, DB 쿼리 등)에 background 컨텍스트를 사용하면 안됩니다.

Code should use context.TODO when it’s unclear which Context to use or it is not yet available (because the surrounding function has not yet been extended to accept a Context parameter).

그리고 todo 컨텍스트에 대해서는 위의 주석이 작성되어 있습니다.
즉, 어떤 컨텍스트를 사용해야 할지 모르거나, 아직 상위 컨텍스트를 사용할 수 없는 경우에 사용하라고 되어 있습니다.
그래서 위의 백그라운드 컨텍스트를 사용하면 안되는 예에 쓸 수 있는 적합한 컨텍스트입니다.
물론 어디까지나 컨텍스트를 어디서 가져오기 어려운 경우에서만 사용해야 합니다.

그러면 main 엔트리 포인트에서는 Background()로 컨텍스트 하나를 생성 하겠습니다.

package main

import "context"

func main() {
    ctx := context.Background()
}

cancel

cancel 컨텍스트는 취소 시그널을 보내어, 자기자신을 포함한 하위 컨텍스트의 작업을 중단 시킬 수 있습니다.

해당 컨텍스트는 WithCancel 함수(func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc))와 WithCancelCause 함수(func WithCancelCause(parent Context) (ctx Context, cancel CancelCauseFunc)) 통해 생성할 수 있습니다.

package main

import (
    "context"
    "errors"
    "sync"
)

func main() {
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    ctx, cancelCause := context.WithCancelCause(ctx)

    wg := new(sync.WaitGroup)
    wg.Add(2)
    go func() {
        defer wg.Done()
        done := ctx.Done()
        <-done
        println("context canceled")
    }()
    go func() {
        defer wg.Done()
        done := ctx.Done()
        <-done
        println(context.Cause(ctx))
    }()

    cancelCause(errors.New("context canceled")) // 아래 고루틴만 취소합니다.
    cancel() // 두 고루틴 모두 취소합니다.
    wg.Wait()
}

위의 예제는 context를 생성하고, context가 취소되면 context canceled를 출력하는 예제입니다.

cancel 함수로 ctx가 취소되면, ctx를 포함한 모든 하위 컨텍스트의 Done() 메서드로 생성된 채널에 struct{} 타입의 값을 보냅니다. 그리고 해당 채널에서 값을 받으면, 컨텍스트가 취소 되었다고 판단하여 작업을 중단하게 됩니다.

cancelCause 함수로 ctx가 취소되면, cancel 때와 동일한 동작을 보여줍니다. 한가지 다른 점은 context.Cause 함수로 취소된 이유를 알 수 있다는 점입니다. 이 구조는 에러를 전파하는 과정에 매우 중요한 역할을 합니다.

많은 프로그래밍 언어는 에러가 기본적으로 상향식(bottom-up) 방식으로 전파됩니다. 그렇기에 문제가 발생해도 서로다른 스코프에 있거나, 수평적인 위치에 있는 다른 코드에서는 어떤 에러가 발생했는지 알 수 없습니다.

하지만 WithCancelCause로 생성된 cancelCtx의 경우엔 에러가 하향식(top-down) 방식으로 전파됩니다. 에러는 하위 영역에서 발생하고, 그로 인해 상위 영역의 작업이 중지됩니다. 그리고 상위 영역에서 해당 에러를 이유로 컨텍스트를 취소 하게 되면, 모든 하위 영역에서 어떤 에러로 작업이 중지 되었는지 알 수 있게 됩니다.

훌륭하게 해당 작업 영역 전체에 걸쳐 에러를 전파할 수 있는 것입니다!

withoutCancel

cancelCtx 형태는 상위 영역에서의 작업이 취소되면, 이후에 작업을 계속 수행할 필요 없는 하위 영역에서의 작업들이 일괄적으로 종료되어 하드웨어 자원을 절약할 수 있습니다.

하지만 상위 영역의 작업이 취소되어도, 하위 영역에서 무조건 작업을 완료해야 하는 경우가 존재합니다.
그 경우에는 Done() 메서드를 호출하지 않고 채널에서 값을 안 받아와도 됩니다. 하지만 하위 영역에 상위 영역의 컨텍스트를 상속 받으면서, 취소 시그널은 무시해야 하는 경우엔 문제가 될 수 있습니다.

그럴 때 사용할 수 있는 컨텍스트가 withoutCancel 컨텍스트입니다.
해당 컨텍스트는 WithoutCancel 함수(func WithoutCancel(parent Context) Context)로 생성할 수 있습니다.

package main

import (
    "context"
    "time"
)

func main() {
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    ctx = context.WithoutCancel(ctx)

    go func() {
        <-ctx.Done()
        println("context canceled")
    }()

    cancel()
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

위 예제는 context를 생성하고, context가 취소되면 context canceled를 출력하는 예제입니다. 하지만 context가 취소되어도 context canceled를 출력하지 않습니다. WithoutCancel 함수로 생성된 ctx는 Done() 메서드를 호출해도 nil 채널을 받아와서 cancel 함수가 호출되어도 영향을 받지 않습니다.

이 상태로 ctx를 상속 받은 하위 영역에서 작업을 수행하면, 기존 상위 컨텍스트가 취소되어도 하위 영역의 작업은 별도의 작업으로 분리되어 계속 수행됩니다.

withDeadline, withTimeout

timerCtx는 다음 4가지 함수로 생성할 수 있습니다.

  1. WithDeadlineCause(parent Context, d time.Time, cause error) (Context, CancelFunc)
    1. WithDeadlineCause 함수가 이 중 가장 베이스가 되는 함수입니다.
    2. 입력받은 컨텍스트를 상속받아서, d 시각이 되면 ctx를 입력받은 이유(cause)로 취소하는 timerCtx를 생성합니다.
    3. context.Cause를 통해 해당 이유를 조회할 수 있습니다.
  2. WithDeadline(parent Context, d time.Time) (Context, CancelFunc)
    1. WithDeadline 함수는 위 WithDeadlineCause 함수를 호출하고, cause를 nil로 전달하는 함수입니다.
    2. 그래서 context.Cause로 취소 사유를 조회할 수 없습니다.
  3. WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
    1. WithTimeout은 WithDeadline 함수를 내부적으로 호출합니다.
    2. d의 값으로 현재 시각(time.Now())에 timeout 값을 더한 시각을 전달합니다.
  4. WithTimeoutCause(parent Context, timeout time.Duration, cause error) (Context, CancelFunc)
    1. WithTimeoutCause 함수는 WithTimeout 함수처럼 시각을 계산해서 WithDeadlineCause의 d 매개변수로 넘겨주고, cause를 그대로 넘겨줍니다.

이러한 timerCtx들은 특정 시점까지, 혹은 특정 시간 동안 작업을 수행해야하고 그 외에는 장애일 때 사용하게 됩니다.

withValue

valueCtx는 WithValue 함수(func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context)로 생성할 수 있습니다.
그리고 저장된 값은 context.Value 함수(func Value(key interface{}) interface{})로 조회할 수 있습니다.

이 컨텍스트는 다음과같이 정의되어 있습니다.

type valueCtx struct {
	Context
	key, val any
}

대충 눈치채셨겠지만, valueCtx 하나 당 하나의 key-value 값을 가질 수 있습니다.
여러 값을 추가할 때, WithValue를 여러번 중첩해서 호출하여 valueCtx를 스택처럼 쌓아서 추가하게 됩니다.

package main

import (
    "context"
    "fmt"
)

type Key1 string
type Key2 string
type Key3 string

func main() {
    ctx := context.Background()
    ctx = context.WithValue(ctx, Key1("key1"), "value1")
    ctx = context.WithValue(ctx, Key2("key2"), "value2")
    ctx = context.WithValue(ctx, Key3("key3"), "value3")

    fmt.Println(ctx.Value(Key1("key1")))
    fmt.Println(ctx.Value(Key2("key2")))
    fmt.Println(ctx.Value(Key3("key3")))
}

위 예제는 context에 key1, key2, key3를 각각 value1, value2, value3로 저장하고, 조회하는 예제입니다.
최종적으로 ctx 값은 background -> valueCtx -> valueCtx -> valueCtx 순으로 스택처럼 쌓이게 됩니다.
그리고 ctx.Value 함수는 마지막 valueCtx부터 역순으로 key를 조회하면서 값을 찾습니다.

찾는 과정에서 ctx.Value 함수는 key의 값이 일치하는지 확인합니다.
하지만 고는 엄격한 강타입 언어이자, 정적타입 언어이기에 단순 비교(==)에 있어, 값 뿐만 아니라 타입까지 일치해야 합니다.
위 예시를 이렇게 수정해도 동일하게 동작합니다.

package main

import (
    "fmt"
    "context"
)

type Key1 string
type Key2 string
type Key3 string

func main() {
    ctx := context.Background()
    ctx = context.WithValue(ctx, Key1("key"), "value1")
    ctx = context.WithValue(ctx, Key2("key"), "value2")
    ctx = context.WithValue(ctx, Key3("key"), "value3")

    fmt.Println(ctx.Value(Key1("key")))
    fmt.Println(ctx.Value(Key2("key")))
    fmt.Println(ctx.Value(Key3("key")))
}

그래서 컨텍스트에 값을 저장할 때는, 서로 다른 타입을 명시적으로 만들어 주는 것을 권장합니다.
또한 연어처럼 거슬러 올라가서 일일이 대조하는 방식이기 때문에, valueCtx를 쌓을 때 여유를 두는 것이 좋습니다.

afterFunc

afterFuncCtx는 func AfterFunc(ctx Context, f func()) (stop func() bool) 함수로 생성할 수 있습니다.
AfterFunc 함수는 ctx 컨텍스트가 취소되면 f 함수를 호출합니다.
호출 사유는 cancelFunc 호출이나, deadline 도달 등이 있습니다.

이러한 이유로 컨텍스트가 중지 되었을 경우 딱 한번 자동으로 실행됩니다.
물론 명시적으로 stop 함수를 호출하여 실행시킬 수 있습니다.

package main

import (
	"context"
	"log"
	"sync"
)

func main() {
	ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

	wg := &sync.WaitGroup{}
	wg.Add(1)
	context.AfterFunc(ctx, func() {
		log.Println("AfterFunc")
		wg.Done()
	})

	log.Println("canceling context")
	cancel()
	log.Println("canceled context")
	wg.Wait()
}

위 예제는 context가 취소되면 AfterFunc 함수를 호출하는 예제입니다.
context가 취소되면 AfterFunc 함수가 호출되고, wg.Done 함수가 호출되어 wg.Wait 함수가 종료됩니다.

Updated on 2023-05-26
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