21. 上下文管理器 — Python 进阶
上下文管理器是资源管理的绝佳工具。 它们使你可以在需要时精确地分配和释放资源。 一个著名的例子是 with open() 语句：
with open('notes.txt', 'w') as f:
f.write('some todo...')
这将打开一个文件，并确保在程序执行离开with语句的上下文之后自动将其关闭。 它还处理异常，并确保即使在发生异常的情况下也能正确关闭文件。 在内部，上面的代码翻译成这样的东西：
f = open('notes.txt', 'w')
try:
f.write('some todo...')
finally:
f.close()
我们可以看到，使用上下文管理器和 with 语句更短，更简洁。
上下文管理器示例
- 打开和关闭文件
- 打开和关闭数据库连接
- 获取和释放锁：
from threading import Lock
lock = Lock()
# 容易出错:
lock.acquire()
# 做一些操作
# 锁应始终释放！
lock.release()
# 更好：
with lock:
# 做一些操作
将上下文管理器实现为类
为了支持我们自己的类的 with 语句，我们必须实现 __enter__ 和 __exit__ 方法。 当执行进入 with 语句的上下文时，Python调用 __enter__。 在这里，应该获取资源并将其返回。 当执行再次离开上下文时，将调用 __exit__ 并释放资源。
class ManagedFile:
def __init__(self, filename):
print('init', filename)
self.filename = filename
def __enter__(self):
print('enter')
self.file = open(self.filename, 'w')
return self.file
def __exit__(self, exc_type, exc_value, exc_traceback):
if self.file:
self.file.close()
print('exit')
with ManagedFile('notes.txt') as f:
print('doing stuff...')
f.write('some todo...')
init notes.txt
enter
doing stuff...
exit
处理异常
如果发生异常，Python将类型，值和回溯传递给 __exit__ 方法。 它可以在这里处理异常。 如果 __exit__ 方法返回的不是 True，则 with 语句将引发异常。
class ManagedFile:
def __init__(self, filename):
print('init', filename)
self.filename = filename
def __enter__(self):
print('enter')
self.file = open(self.filename, 'w')
return self.file
def __exit__(self, exc_type, exc_value, exc_traceback):
if self.file:
self.file.close()
print('exc:', exc_type, exc_value)
print('exit')
# 没有异常
with ManagedFile('notes.txt') as f:
print('doing stuff...')
f.write('some todo...')
print('continuing...')
print()
# 异常触发，但是文件仍然能被关闭
with ManagedFile('notes2.txt') as f:
print('doing stuff...')
f.write('some todo...')
f.do_something()
print('continuing...')
init notes.txt
enter
doing stuff...
exc: None None
exit
continuing...
init notes2.txt
enter
doing stuff...
exc: <class 'AttributeError'> '_io.TextIOWrapper' object has no attribute 'do_something'
exit
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-24-ed1604efb530> in <module>
27 print('doing stuff...')
28 f.write('some todo...')
---> 29 f.do_something()
30 print('continuing...')
AttributeError: '_io.TextIOWrapper' object has no attribute 'do_something'
我们可以在 __exit__ 方法中处理异常并返回 True。
class ManagedFile:
def __init__(self, filename):
print('init', filename)
self.filename = filename
def __enter__(self):
print('enter')
self.file = open(self.filename, 'w')
return self.file
def __exit__(self, exc_type, exc_value, exc_traceback):
if self.file:
self.file.close()
if exc_type is not None:
print('Exception has been handled')
print('exit')
return True
with ManagedFile('notes2.txt') as f:
print('doing stuff...')
f.write('some todo...')
f.do_something()
print('continuing...')
init notes2.txt
enter
doing stuff...
Exception has been handled
exit
continuing...
将上下文管理器实现为生成器
除了编写类，我们还可以编写一个生成器函数，并使用 contextlib.contextmanager 装饰器对其进行装饰。 然后，我们也可以使用 with 语句调用该函数。 对于这种方法，函数必须在 try 语句中 yield 资源，并且释放资源的 __exit__ 方法的所有内容现在都在相应的 finally 语句内。
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def open_managed_file(filename):
f = open(filename, 'w')
try:
yield f
finally:
f.close()
with open_managed_file('notes.txt') as f:
f.write('some todo...')
生成器首先获取资源。 然后，它暂时挂起其自己的执行并 产生 资源，以便调用者可以使用它。 当调用者离开 with 上下文时，生成器继续执行并释放 finally 语句中的资源。
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