with与上下文管理器

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?

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 m1():
f = open("output.txt", "w")
f.write("test")
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者释放。那么该如何改进代码呢?

进阶版:

def m2():
f = open("output.txt", "w")
try:
f.write("test")
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 m3():
with open("output.txt", "r") as f:
f.write("test")

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)。

什么是上下文(context)

上下文在不同的地方表示不同的含义,要感性理解。context其实说白了,和文章的上下文是一个意思,在通俗一点,我觉得叫环境更好。....

林冲大叫一声“啊也!”....

问:这句话林冲的“啊也”表达了林冲怎样的心里?

答:啊你妈个头啊!

看,一篇文章,给你摘录一段,没前没后,你读不懂,因为有语境,就是语言环境存在,一段话说了什么,要通过上下文(文章的上下文)来推断。

app点击一个按钮进入一个新的界面,也要保存你是在哪个屏幕跳过来的等等信息,以便你点击返回的时候能正确跳回,如果不存肯定就无法正确跳回了。

看这些都是上下文的典型例子,理解成环境就可以,(而且上下文虽然叫上下文,但是程序里面一般都只有上文而已,只是叫的好听叫上下文。。进程中断在操作系统中是有上有下的,不过不这个高深的问题就不要深究了。。。)

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('test')

这样,你就无需显示地调用 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。

实现上下文管理器的另外方式

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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