Python with和上下文管理工具详解

前言

如果你有阅读源码的习惯，可能会看到一些优秀的代码经常出现带有 “with” 关键字的语句，它通常用在什么场景呢？今天就来说说 with 和上下文管理器。

对于系统资源如文件、数据库连接、socket 而言，应用程序打开这些资源并执行完业务逻辑之后，必须做的一件事就是要关闭（断开）该资源。

比如 Python 程序打开一个文件，往文件中写内容，写完之后，就要关闭该文件，否则会出现什么情况呢？极端情况下会出现 "Too many open files" 的错误，因为系统允许你打开的最大文件数量是有限的。

同样，对于数据库，如果连接数过多而没有及时关闭的话，就可能会出现 "Can not connect to MySQL server Too many connections"，因为数据库连接是一种非常昂贵的资源，不可能无限制的被创建。

来看看如何正确关闭一个文件。

普通版

def test1():

f = open("output.txt", "w")

f.write("python之禅")

f.close()

这样写有一个潜在的问题，如果在调用 write 的过程中，出现了异常进而导致后续代码无法继续执行，close 方法无法被正常调用，因此资源就会一直被该程序占用而无法被释放。那么该如何改进代码呢？

进阶版

def test2():

f = open("output.txt", "w")

try:

f.write("python之禅")

except IOError:

print("oops error")

finally:

f.close()

改良版本的程序是对可能发生异常的代码处进行 try 捕获，使用 try/finally 语句，该语句表示如果在 try 代码块中程序出现了异常，后续代码就不再执行，而直接跳转到 except 代码块。而无论如何，finally 块的代码最终都会被执行。因此，只要把 close 放在 finally 代码中，文件就一定会关闭。

高级版

def test3():

with open("output.txt", "w") as f:

f.write("Python之禅")

一种更加简洁、优雅的方式就是用 with 关键字。open 方法的返回值赋值给变量 f，当离开 with 代码块的时候，系统会自动调用 f.close() 方法， with 的作用和使用 try/finally 语句是一样的。那么它的实现原理是什么？在讲 with 的原理前要涉及到另外一个概念，就是上下文管理器（Context Manager）。

上下文管理器

任何实现了 __enter__() 和 __exit__() 方法的对象都可称之为上下文管理器，上下文管理器对象可以使用 with 关键字。显然，文件（file）对象也实现了上下文管理器。

那么文件对象是如何实现这两个方法的呢？我们可以模拟实现一个自己的文件类，让该类实现 __enter__() 和 __exit__() 方法。

class File():

def __init__(self, filename, mode):

self.filename = filename

self.mode = mode

def __enter__(self):

print("entering")

self.f = open(self.filename, self.mode)

return self.f

def __exit__(self, *args):

print("will exit")

self.f.close()

__enter__() 方法返回资源对象，这里就是你将要打开的那个文件对象，__exit__() 方法处理一些清除工作。

因为 File 类实现了上下文管理器，现在就可以使用 with 语句了。

with File('out.txt', 'w') as f:

print("writing")

f.write('hello, python')

这样，你就无需显式地调用 close 方法了，由系统自动去调用，哪怕中间遇到异常，close 方法也会被调用。

contextlib

Python 还提供了一个 contextmanager 的装饰器，更进一步简化了上下文管理器的实现方式。通过 yield 将函数分割成两部分，yield 之前的语句在 __enter__ 方法中执行，yield 之后的语句在 __exit__ 方法中执行。紧跟在 yield 后面的值是函数的返回值。

from contextlib import contextmanager

@contextmanager

def my_open(path, mode):

f = open(path, mode)

yield f

f.close()

调用：

with my_open('out.txt', 'w') as f:

f.write("hello , the simplest context manager")

总结

Python 提供了 with 语法用于简化资源操作的后续清除操作，是 try/finally 的替代方法，实现原理建立在上下文管理器之上。此外，Python 还提供了一个 contextmanager 装饰器，更进一步简化上下管理器的实现方式。

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