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在 Python 处理文件的时候我们使用 with 关键词来进行文件的资源关闭,但是并不是只有文件操作才能使用 with 语句。今天就让我们一起学习 Python 中的上下文管理 contextlib。
上下文管理器
上下文，简而言之，就是程式所执行的环境状态，或者说程式运行的情景。既然提及上下文，就不可避免的涉及 Python 中关于上下文的魔法。上下文管理器(context manager)是 Python2.5 开始支持的一种语法，用于规定某个对象的使用范围。一旦进入或者离开该使用范围，会有特殊操作被调用。它的语法形式是 with…as…，主要应用场景资源的创建和释放。例如，文件就支持上下文管理器，可以确保完成文件读写后关闭文件句柄。
with open('password.txt', 'wt') as f:f.write('contents go here')
# 文件会自动关闭
__enter__和__exit__
with 方法的实现涉及到两个魔法函数__enter__和__exit__。
执行流进入 with 中的代码块时会执行__enter__方法，它会返回在这个上下文中使用的一个对象。执行流离开 with 块时，则调用这个上下文管理器的__exit__方法来清理所使用的资源。
class Context:def __init__(self):print("int __init__")def __enter__(self):print("int __enter__")def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):print("in __exit__")if __name__ == '__main__':with Context():print('start with')
输出
int __init__
int __enter__
start with
in __exit__
相对于使用 try:finally 块，使用 with 语句代码看起来更紧凑，with 代码块执行的时候总会调用__exit__方法,即使出现了异常。
如果给 with 语句的 as 子句指定一个别名，那么__enter__方法可以返回与这个名关联的任何对象。
import requestsclass Request:def __init__(self):self.session = requests.session()def get(self, url, headers=None):if headers is None:headers = {}response = self.session.get(url)return responseclass Context:def __init__(self):print("int __init__")def __enter__(self):print("int __enter__")return Request()def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):print("in __exit__")if __name__ == '__main__':with Context() as t:req = t.get("https://wwww.baidu.com")print(req.text)
这里的 t 就是__enter__方法返回的 Request 对象的实例,然后我们可以调用该实例的一些方法。
如果上下文中出现异常，可以通过修改__exit__方法，如果返回值为 true，则可以把异常打印出来，如果为 false 则会抛出异常。
class Context:def __init__(self,flag):self.flag = flagdef __enter__(self):print("int __enter__")return selfdef __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):print("in __exit__")print(f"{exc_type=}") #Python3.8 的语法等价于 f"exc_type={exc_type}"print(f"{exc_val=}")print(f"{exc_val=}")return self.flagif __name__ == '__main__':with Context(True) as t:raise RuntimeError()print("------华丽的分割线---------")with Context(False) as t:raise RuntimeError()
输出
int __enter__
in __exit__
exc_type=<class 'RuntimeError'>
exc_val=RuntimeError()
exc_val=RuntimeError()------华丽的分割线---------int __enter__
in __exit__
exc_type=<class 'RuntimeError'>
exc_val=RuntimeError()
exc_val=RuntimeError()
Traceback (most recent call last):File "demo.py", line 26, in <module>raise RuntimeError()
RuntimeError
可以看到__exit__方法接收一些参数，其中包含 with 块中产生的异常的详细信息。
上下文管理器作为装饰器
通过继承 contextlib 里面的 ContextDecorator 类,实现对常规上下文管理器类的支持，其不仅可以作为上下文管理器，也可以作为函数修饰符。
import contextlibclass Context(contextlib.ContextDecorator):def __init__(self, how_used):self.how_used = how_usedprint(f'__init__({how_used})')def __enter__(self):print(f'__enter__({self.how_used})')return selfdef __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):print(f'__exit__({self.how_used})')@Context('这是装饰器方式')
def func(message):print(message)
print("---------------")
func('作为装饰器运行')print("n-------华丽的分割线--------n")
with Context('上下文管理器方式'):print('emmmm')
看一下 ContextDecorator 的源码就了解了
class ContextDecorator(object):"A base class or mixin that enables context managers to work as decorators."def _recreate_cm(self):"""Return a recreated instance of self.Allows an otherwise one-shot context manager like_GeneratorContextManager to support use asa decorator via implicit recreation.This is a private interface just for _GeneratorContextManager.See issue #11647 for details."""return selfdef __call__(self, func): #将类变为可调用对象@wraps(func)def inner(*args, **kwds):with self._recreate_cm():return func(*args, **kwds)return inner
生成器函数转为上下文管理器
有时候我们的代码只有很少的上下文要管理，此时再使用上面的形式写出 with 相关的魔法函数
就显得比较啰嗦了，在这种情况下，我们可以使用 contextmanager 修饰符将一个生成器转换为上下文管理器。
import contextlib@contextlib.contextmanager
def make_context():print("enter make_context")try:yield {}except RuntimeError as err:print(f"{err=}")print("Normal")
with make_context() as value:print("in with")print("RuntimeError")
with make_context() as value:raise RuntimeError("runtimeerror")print("Else Error")
with make_context() as value:raise ZeroDivisionError("0 不能作为分母")
输出结果
enter make_context
in with
existing
RuntimeError:
enter make_context
err=RuntimeError('runtimeerror')
existing
Else Error:
enter make_context
existing
Traceback (most recent call last):File "demo.py", line 24, in <module>raise ZeroDivisionError("0 不能作为除数")
ZeroDivisionError: 0 不能作为除数
需要主要的是这个函数必须是个装饰器
被装饰器装饰的函数分为三部分:
with 语句中的代码块执行前执行函数中 yield 之前代码
yield 返回的内容复制给 as 之后的变量
with 代码块执行完毕后执行函数中 yield 之后的代码
再简单理解就是
yield 前半段用来表示__enter__()
yield 后半段用来表示__exit__()
在这里，我们从 contextlib 模块中引入 contextmanager，然后装饰我们所定义的 make_context 函数。这就允许我们使用 Python 的 with 语句来调用 make_context 函数。在函数中通过 yield 一个空字典，将其传递出去，最终主调函数可以使用它。
一旦 with 语句结束，控制就会返回给 make_context 函数，它继续执行 yield 语句后面的代码,这个最终会执行 finally 语句打印 existing。如果我们遇到了 RuntimeError 错误，它就会被捕获，最终 finally 语句依然会打印 existing。
因为 contextmanager 继承自 ContextDecorator，所以也可以被用作函数修饰符
import contextlib
@contextlib.contextmanager
def make_context():print("enter make_context")try:yield {}except RuntimeError as err:print(f"{err=}")finally:print("existing")
@make_context()
def normal():print("in normal")
@make_context()
def raise_error(err):raise err
if __name__ == '__main__':print("Normal:")normal()print("RuntimeError:")raise_error(RuntimeError("runtime error"))print("Else Error")raise_error(ValueError("value error"))
输出
Normal:
enter make_context
in normal
existing
RuntimeError:
enter make_context
err=RuntimeError('runtime error')
existing
Else Error
enter make_context
existing
Traceback (most recent call last):File "demo.py", line 33, in <module>raise_error(ValueError("value error"))File "/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.8/lib/python3.8/contextlib.py", line 75, in innerreturn func(*args, **kwds)File "demo.py", line 21, in raise_errorraise err
ValueError: value error
这是 contextmanager 原理：
1、因为 func()已经是个生成器了嘛，所以运行enter__()的时候，contextmanager 调用 self.gen.next()会跑到 func 的 yield 处，停住挂起，这个时候已经有了 t1=time.time() 2、然后运行 with 语句体里面的语句，也就是 a+b=300 3、跑完后运行__exit()的时候，contextmanager 调用 self.gen.next()会从 func 的 yield 的下一句开始一直到结束。这个时候有了 t2=time.time()，t2-t1 从而实现了统计 cost_time 的效果，完美。
源码
class GeneratorContextManager(object):"""Helper for @contextmanager decorator."""def __init__(self, gen):self.gen = gendef __enter__(self):try:return self.gen.next()except StopIteration:raise RuntimeError("generator didn't yield")def __exit__(self, type, value, traceback):if type is None:try:self.gen.next()except StopIteration:returnelse:raise RuntimeError("generator didn't stop")else:if value is None:# Need to force instantiation so we can reliably# tell if we get the same exception backvalue = type()try:self.gen.throw(type, value, traceback)raise RuntimeError("generator didn't stop after throw()")except StopIteration, exc:return exc is not valueexcept:if sys.exc_info()[1] is not value:raisedef contextmanager(func):@wraps(func)def helper(*args, **kwds):return GeneratorContextManager(func(*args, **kwds))return helper
关闭打开的句柄
并不是所有的类都支持上下文管理器的 API，有一些遗留的类会使用一个 close 方法。
为了确保关闭句柄，需要使用 closing 为他创建一个上文管理器。
该模块主要是解决不能支持上下文管理器的类。
import contextlibclass Http():def __init__(self):print("int init:")self.session = "open"def close(self):"""关闭的方法必须叫 close"""print("in close:")self.session = "close"if __name__ == '__main__':with contextlib.closing(Http()) as http:print(f"inside session value:{http.session}")print(f"outside session value:{http.session}")with contextlib.closing(Http()) as http:print(f"inside session value:{http.session}")raise EnvironmentError("EnvironmentError")print(f"outside session value:{http.session}")
输出
int init:
inside session value:open
in close:
outside session value:close
int init:
inside session value:open
in close:
Traceback (most recent call last):File "demo.py", line 23, in <module>raise EnvironmentError("EnvironmentError")
OSError: EnvironmentError
可以看到即使程序出现了错误，最后也会执行 close 方法的内容。
看一眼下面的源码就知道 closing 干嘛了
class closing(object):"""Context to automatically close something at the end of a block.Code like this:with closing(<module>.open(<arguments>)) as f:<block>is equivalent to this:f = <module>.open(<arguments>)try:<block>finally:f.close()"""def __init__(self, thing):self.thing = thingdef __enter__(self):return self.thingdef __exit__(self, *exc_info):self.thing.close()
这个 contextlib.closing()会帮它加上__enter__()和__exit__()，使其满足 with 的条件。然后 exit 里执行的就是对应类的 close 方法。
巧妙的回避错误
contextlib.suppress(*exceptions)
另一个工具就是在 Python 3.4 中加入的 suppress 类。这个上下文管理工具背后的理念就是它可以禁止任意数目的异常。假如我们想忽略 FileNotFoundError 异常。如果你书写了如下的上下文管理器，那么它不会正常运行。
>>> with open("1.txt") as fobj:
... for line in fobj:
... print(line)
...
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '1.txt'
正如你所看到的，这个上下文管理器没有处理这个异常，如果你想忽略这个错误，你可以按照如下方式来做，
>>> from contextlib import suppress
>>> with suppress(FileNotFoundError):
... with open("1.txt") as fobj:
... for line in fobj:
... print(line)
在这段代码中，我们引入 suppress，然后将我们要忽略的异常传递给它，在这个例子中，就是 FileNotFoundError。如果你想运行这段代码，你将会注意到，文件不存在时，什么事情都没有发生，也没有错误被抛出。请注意，这个上下文管理器是可重用的。
例子数据库的自动提交和回滚
在编程中如果频繁的修改数据库, 一味的使用类似 try:… except..: rollback() raise e 其实是不太好的.
try:gift = Gift()gift.isbn = isbn... db.session.add(gift)db.session.commit()except Exception as e:db.session.rollback()raise e
为了达到使用 with 语句的目的, 我们可以重写 db 所属的类:
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy as _SQLALchemy
class SQLAlchemy(_SQLALchemy):@contextmanagerdef auto_commit(self):try:yieldself.session.commit()except Exception as e:db.session.rollback()raise e
这时候, 在执行数据的修改的时候便可以:
with db.auto_commit():gift = Gift()gift.isbn = isbndb.session.add(gift)db.session.add(gift)with db.auto_commit():user = User()user.set_attrs(form.data)db.session.add(user)
上下文管理器很有趣，也很方便。我经常在自动测试中使用它们，例如，打开和关闭对话。现在，你应该可以使用 Python 内置的工具去创建你的上下文管理器。你还可以继续阅读 Python 关于 contextlib 的文档，那里有很多本文没有覆盖到的知识。
这篇文章其实主要为了后面的异步上文管理器使用的。
更多Python知识，关注公众号:python学习开发
参考资料
https://www.cnblogs.com/zhbzz2007/p/6158125.htmlhttps://blog.csdn.net/emaste_r/article/details/78105713 https://blog.csdn.net/weixin_42359464/article/details/80742387#threehttps://docs.python.org/zh-cn/3/library/contextlib.html?highlight=contextlib#module-contextlib