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  • 如何正确理解关键字"with"与上下文管理器(转载)

      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 m1():
       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("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,那么后续代码不再执行,而直接跳转到 except 代码块。不过,最终不管有没有异常发生, finally 块的代码最终都会被执行。因此,即使在 write过程中报错了,那么最终还是执行到 finally 中去 close 文件。

    高级版:

    def m3():
       with open("output.txt", "r") 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 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

      实现了 __enter__() 和 __exit__() 方法的对象都可称之为上下文管理器,任何实现了上下文管理器的对象都可以使用 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,你就无需在显示地调用 close 方法了。这些有系统去调用。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。例如:

    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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