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Python 上下文管理器（Context Manager）详解

news 来源：原创 2025/5/26 1:44:19

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1. 什么是上下文管理器？

上下文管理器是Python中用于管理资源分配与释放的重要机制，它通过with语句实现资源的自动管理，确保即使在代码块执行过程中发生异常，资源也能被正确释放。

基本语法

with context_manager as resource:
    # 使用资源的代码块

2. 为什么需要上下文管理器？

在没有上下文管理器时，我们通常需要手动处理资源的打开和关闭：

file = open('example.txt', 'r')
try:
    data = file.read()
finally:
    file.close()  # 必须确保文件被关闭

使用上下文管理器后：

with open('example.txt', 'r') as file:
    data = file.read()  # 文件会自动关闭

3. 实现上下文管理器的两种方式

3.1 基于类的实现

需要实现__enter__和__exit__两个魔法方法：

class FileManager:
    def __init__(self, filename, mode):
        self.filename = filename
        self.mode = mode
        
    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, self.mode)
        return self.file
        
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        self.file.close()
        if exc_type:  # 如果有异常发生
            print(f"异常发生: {exc_val}")
        return True  # 返回True表示已处理异常

# 使用示例
with FileManager('test.txt', 'w') as f:
    f.write('Hello Context Manager!')

3.2 使用contextlib模块

Python标准库中的contextlib模块提供了更简洁的实现方式：

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def file_manager(filename, mode):
    try:
        file = open(filename, mode)
        yield file  # yield之前的代码相当于__enter__
    finally:
        file.close()  # yield之后的代码相当于__exit__

# 使用示例
with file_manager('test.txt', 'w') as f:
    f.write('Hello from contextlib!')

4. 核心应用场景

4.1 文件操作

with open('data.csv', 'r') as csvfile:
    reader = csv.reader(csvfile)
    for row in reader:
        process(row)

4.2 数据库连接

with psycopg2.connect(DATABASE_URL) as conn:
    with conn.cursor() as cursor:
        cursor.execute("SELECT * FROM users")
        results = cursor.fetchall()

4.3 线程锁管理

lock = threading.Lock()

with lock:
    # 线程安全的代码区域
    shared_resource += 1

4.4 临时环境修改

with mock.patch('module.function', return_value=42):
    # 在这个块中，module.function()会返回42
    result = module.function()

5. 最佳实践指南

资源释放保证：始终将资源获取/释放逻辑放在__enter__/__exit__中
异常处理：在__exit__中妥善处理异常，可以通过返回True来抑制异常
性能考虑：对于高频使用的资源，考虑使用contextlib的装饰器方式
可复用性：设计通用的上下文管理器，如计时器、临时目录等
组合使用：可以嵌套多个上下文管理器

with open('input.txt') as fin, open('output.txt', 'w') as fout:
    fout.write(fin.read())

6. 高级用法

6.1 异步上下文管理器（Python 3.7+）

class AsyncConnection:
    async def __aenter__(self):
        self.conn = await create_connection()
        return self.conn
        
    async def __aexit__(self, exc_type, exc, tb):
        await self.conn.close()

async with AsyncConnection() as conn:
    await conn.execute(...)

6.2 ExitStack管理多个资源

from contextlib import ExitStack

with ExitStack() as stack:
    files = [stack.enter_context(open(fname)) for fname in filenames]
    # 所有文件都会在退出时自动关闭

7. 常见问题解答

Q：为什么我的自定义上下文管理器没有正确关闭资源？

A：确保在__exit__方法中实现了资源释放逻辑，并且该方法不会被异常中断（使用try-finally）

Q：如何让上下文管理器返回多个值？

A：可以在__enter__中返回元组，然后使用元组解包：

with manager() as (a, b, c):
    # 使用a, b, c

Q：上下文管理器与装饰器有什么区别？

A：装饰器用于包装函数，而上下文管理器用于包装代码块。它们可以结合使用，例如@contextmanager就是用装饰器创建上下文管理器

8. 实际案例：数据库事务管理

class Transaction:
    def __init__(self, db):
        self.db = db
        
    def __enter__(self):
        self.conn = self.db.get_connection()
        self.conn.begin()
        return self.conn
        
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if exc_type is None:
            self.conn.commit()
        else:
            self.conn.rollback()
        self.conn.close()

# 使用示例
with Transaction(database) as conn:
    conn.execute("UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1")
    conn.execute("UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2")