前言
如果你有閱讀源碼的習(xí)慣，可能會(huì)看到一些優(yōu)秀的代碼經(jīng)常出現(xiàn)帶有 “with” 關(guān)鍵字的語(yǔ)句，它通常用在什么場(chǎng)景呢？今天就來(lái)說說 with 和 上下文管理器。
對(duì)于系統(tǒng)資源如文件、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、socket 而言，應(yīng)用程序打開這些資源并執(zhí)行完業(yè)務(wù)邏輯之后，必須做的一件事就是要關(guān)閉（斷開）該資源。
比如 Python 程序打開一個(gè)文件，往文件中寫內(nèi)容，寫完之后，就要關(guān)閉該文件，否則會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？極端情況下會(huì)出現(xiàn) "Too many open files" 的錯(cuò)誤，因?yàn)橄到y(tǒng)允許你打開的最大文件數(shù)量是有限的。
同樣，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)，如果連接數(shù)過多而沒有及時(shí)關(guān)閉的話，就可能會(huì)出現(xiàn) "Can not connect to MySQL server Too many connections"，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)連接是一種非常昂貴的資源，不可能無(wú)限制的被創(chuàng)建。
來(lái)看看如何正確關(guān)閉一個(gè)文件。
普通版
def test1():
f = open("output.txt", "w")
f.write("python之禪")
f.close()
這樣寫有一個(gè)潛在的問題，如果在調(diào)用 write 的過程中，出現(xiàn)了異常進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)代碼無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，close 方法無(wú)法被正常調(diào)用，因此資源就會(huì)一直被該程序占用而無(wú)法被釋放。那么該如何改進(jìn)代碼呢？
進(jìn)階版
def test2():
f = open("output.txt", "w")
try:
f.write("python之禪")
except IOError:
print("oops error")
finally:
f.close()
改良版本的程序是對(duì)可能發(fā)生異常的代碼處進(jìn)行 try 捕獲，使用 try/finally 語(yǔ)句，該語(yǔ)句表示如果在 try 代碼塊中程序出現(xiàn)了異常，后續(xù)代碼就不再執(zhí)行，而直接跳轉(zhuǎn)到 except 代碼塊。而無(wú)論如何，finally 塊的代碼最終都會(huì)被執(zhí)行。因此，只要把 close 放在 finally 代碼中，文件就一定會(huì)關(guān)閉。
高級(jí)版
def test3():
with open("output.txt", "w") as f:
f.write("Python之禪")
一種更加簡(jiǎn)潔、優(yōu)雅的方式就是用 with 關(guān)鍵字。open 方法的返回值賦值給變量 f，當(dāng)離開 with 代碼塊的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用 f.close() 方法， with 的作用和使用 try/finally 語(yǔ)句是一樣的。那么它的實(shí)現(xiàn)原理是什么？在講 with 的原理前要涉及到另外一個(gè)概念，就是上下文管理器（Context Manager）。
上下文管理器
任何實(shí)現(xiàn)了 __enter__() 和 __exit__() 方法的對(duì)象都可稱之為上下文管理器，上下文管理器對(duì)象可以使用 with 關(guān)鍵字。顯然，文件（file）對(duì)象也實(shí)現(xiàn)了上下文管理器。
那么文件對(duì)象是如何實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方法的呢？我們可以模擬實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的文件類，讓該類實(shí)現(xiàn) __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__() 方法返回資源對(duì)象，這里就是你將要打開的那個(gè)文件對(duì)象，__exit__() 方法處理一些清除工作。
因?yàn)?File 類實(shí)現(xiàn)了上下文管理器，現(xiàn)在就可以使用 with 語(yǔ)句了。
with File('out.txt', 'w') as f:
print("writing")
f.write('hello, python')
這樣，你就無(wú)需顯式地調(diào)用 close 方法了，由系統(tǒng)自動(dòng)去調(diào)用，哪怕中間遇到異常，close 方法也會(huì)被調(diào)用。
contextlib
Python 還提供了一個(gè) contextmanager 的裝飾器，更進(jìn)一步簡(jiǎn)化了上下文管理器的實(shí)現(xiàn)方式。通過 yield 將函數(shù)分割成兩部分，yield 之前的語(yǔ)句在 __enter__ 方法中執(zhí)行，yield 之后的語(yǔ)句在 __exit__ 方法中執(zhí)行。緊跟在 yield 后面的值是函數(shù)的返回值。
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def my_open(path, mode):
f = open(path, mode)
yield f
f.close()
調(diào)用：
with my_open('out.txt', 'w') as f:
f.write("hello , the simplest context manager")
總結(jié)
Python 提供了 with 語(yǔ)法用于簡(jiǎn)化資源操作的后續(xù)清除操作，是 try/finally 的替代方法，實(shí)現(xiàn)原理建立在上下文管理器之上。此外，Python 還提供了一個(gè) contextmanager 裝飾器，更進(jìn)一步簡(jiǎn)化上下管理器的實(shí)現(xiàn)方式。
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