Python上下文管理器怎么使用

时间：2023-05-21 11:36

什么是上下文管理器？

即使你没有听说过 Python 的上下文管理器，根据介绍，你也已经知道，它是try/finally块的替代品。它是使用打开文件时常用的语句with来实现的。与try/finally相同，引入此模式是为了保证在块末尾执行某些操作，即使发生异常或程序终止。

从表面上看，上下文管理协议只是围绕with代码块的语句。实际上，它包含 2 个特殊的 ( dunder ) 方法 -__enter__和__exit__组成，分别有助于启动和停止。

当代码中遇到with语句时，将触发__enter__方法并将其返回值放入as限定符后面的变量中。with块体执行完毕后，调用__exit__方法进行停止——完成finally块的作用。

# Using try/finallyimport timestart = time.perf_counter()  # Setuptry:  # Actual body    time.sleep(3)finally:  # Teardown    end = time.perf_counter()    elapsed = end - startprint(elapsed)# Using Context Managerwith Timer() as t:    time.sleep(3)print(t.elapsed)

上面的代码显示了使用try/finally的版本和使用with语句来实现简单的计时器的更优雅的版本。如上所述，实现这样的上下文管理器需要__enter__和__exit__，但是我们将如何创建它们呢？我们看一下这个Timer类的代码：

# Implementation of above context managerclass Timer:    def __init__(self):        self._start = None        self.elapsed = 0.0    def start(self):        if self._start is not None:            raise RuntimeError('Timer already started...')        self._start = time.perf_counter()    def stop(self):        if self._start is None:            raise RuntimeError('Timer not yet started...')        end = time.perf_counter()        self.elapsed += end - self._start        self._start = None    def __enter__(self):  # Setup        self.start()        return self    def __exit__(self, *args):  # Teardown        self.stop()

此代码片段显示了实现__enter__和__exit__方法的Timer类。__enter__方法仅启动计时器并返回self，self将在with ....中作为some_var赋值， with语句体完成后，将使用 3 个参数调用__exit__方法 - 异常类型、异常值和回溯。如果with语句正文中一切顺利，则这些都等于None。如果引发异常，这些将填充异常数据，我们可以在__exit__方法中处理这些数据。在这种情况下，我们省略了异常处理，只是停止计时器并计算经过的时间，并将其存储在上下文管理器的属性中。

我们已经在这里看到了with语句的实现和示例用法，但是为了更直观地了解实际发生的情况，让我们看看如何在没有 Python 语法糖的情况下调用这些特殊方法：

manager = Timer()manager.__enter__()  # Setuptime.sleep(3)  # Bodymanager.__exit__(None, None, None)  # Teardownprint(manager.elapsed)

现在我们已经确定了什么是上下文管理器，它是如何工作的以及如何实现它，让我们看看使用它的好处——只是为了有更多的动力从try/finally切换到with语句。

第一个好处是整个启动和停止都在上下文管理器对象的控制下进行。这可以防止错误并减少样板代码，从而使 API 更安全、更易于使用。使用它的另一个原因是with块突出了关键部分并鼓励你减少该部分中的代码量，这通常也是一个好习惯。最后——最后但并非最不重要的一点——它是一个很好的重构工具，它可以将常见的启动和停止代码分解出来，并将其移动到一个位置——即__enter__和__exit__方法。

话虽如此，我希望我能说服你开始使用上下文管理器，而不是try/finally，即使你以前没有使用过它们。那么，现在让我们看看一些很酷且有用的上下文管理器，你应该开始将它们包含在你的代码中！

@contextmanager

在上一节中，我们探讨了如何使用__enter__和__exit__方法实现上下文管理器。这很简单，但我们可以使用contextlib，更具体地说，使用@contextmanager，使其更简单。

@contextmanager是一个装饰器，可用于编写自包含的上下文管理函数。因此，我们不需要创建整个类并实现__enter__和__exit__方法，我们只需要创建一个生成器：

from contextlib import contextmanagerfrom time import time, sleep@contextmanagerdef timed(label):    start = time()  # Setup - __enter__    print(f"{label}: Start at {start}")    try:          yield  # yield to body of `with` statement    finally:  # Teardown - __exit__        end = time()        print(f"{label}: End at {end} ({end - start} elapsed)")with timed("Counter"):    sleep(3)# Counter: Start at 1599153092.4826472# Counter: End at 1599153095.4854734 (3.00282621383667 elapsed)

此代码段实现了与上一节中的Timer类非常相似的上下文管理器。然而，这一次，我们需要的代码要少得多。这段代码分为两个部分，一部分是在yield之前，另一部分是yield之后。yield之前的代码承担了__enter__方法的工作，而yield本身是__enter__方法的return语句。yield之后的都是__exit__方法的一部分。

正如你在上面看到的，像这样使用单个函数创建上下文管理器需要使用使用try/finally语句，因为如果在语句withy体中发生异常，它将在yield行被引发，我们需要在对应于__exit__方法的finally块中处理它。

正如我已经提到的，这可以用于自包含的上下文管理器。但是，它不适合需要成为对象一部分的上下文管理器，例如连接或锁。

尽管使用单个函数构建上下文管理器会迫使你使用try/finally，并且只能用于更简单的用例，但在我看来，它仍然是构建更精简的上下文管理器的优雅而实用的选择。

现实生活中的例子

现在让我们从理论转向实用且有用的上下文管理器，你可以自己构建它。

记录上下文管理器

当需要尝试查找代码中的一些bug时，你可能会首先查看日志以找到问题的根本原因。但是，这些日志可能默认设置为错误或警告级别，这可能不足以用于调试。更改整个程序的日志级别应该很容易，但更改特定代码部分的日志级别可能会更复杂 - 不过，这可以通过以下上下文管理器轻松解决：

import loggingfrom contextlib import contextmanager@contextmanagerdef log(level):    logger = logging.getLogger()    current_level = logger.getEffectiveLevel()    logger.setLevel(level)    try:        yield    finally:        logger.setLevel(current_level)def some_function():    logging.debug("Some debug level information...")    logging.error('Serious error...')    logging.warning('Some warning message...')with log(logging.DEBUG):    some_function()# DEBUG:root:Some debug level information...# ERROR:root:Serious error...# WARNING:root:Some warning message...

超时上下文管理器

在本文的开头，我们正在使用计时代码块。我们在这里尝试的是将超时设置为with语句包围的块：

import signalfrom time import sleepclass timeout:    def __init__(self, seconds, *, timeout_message=""):        self.seconds = int(seconds)        self.timeout_message = timeout_message    def _timeout_handler(self, signum, frame):        raise TimeoutError(self.timeout_message)    def __enter__(self):        signal.signal(signal.SIGALRM, self._timeout_handler)  # Set handler for SIGALRM        signal.alarm(self.seconds)  # start countdown for SIGALRM to be raised    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):        signal.alarm(0)  # Cancel SIGALRM if it's scheduled        return exc_type is TimeoutError  # Suppress TimeoutErrorwith timeout(3):    # Some long running task...    sleep(10)

上面的代码为这个上下文管理器声明了一个名为timeout的类，因为这个任务不能在单个函数中完成。为了能够实现这种超时，我们还需要使用信号-更具体地说是SIGALRM。我们首先使用signal.signal(...)将处理程序设置为SIGALRM，这意味着当内核引发SIGALRM时，将调用处理程序函数。对于这个处理程序函数（_timeout_handler），它所做的只是引发TimeoutError，如果没有及时完成，它将停止with语句体中的执行。处理程序就位后，我们还需要以指定的秒数开始倒计时，这由signal.alarm(self.seconds)完成。

对于__exit__方法，如果上下文管理器的主体设法在时间到期之前完成，SIGALRM则将被取消，而signal.alarm(0)和程序可以继续。另一方面 - 如果由于超时而引发信号，那么_timeout_handler将引发TimeoutError，这将__exit__被捕获和抑制，with语句主体将被中断，其余代码可以继续执行。

使用已有的

除了上面的上下文管理器，标准库或其他常用库（如request或sqlite3）中已经有很多有用的上下文管理程序。那么，让我们看看我们可以在那里找到什么。

临时更改小数精度

如果你正在执行大量数学运算并需要特定的精度，那么你可能会遇到需要临时更改十进制数精度的情况：

from decimal import getcontext, Decimal, setcontext, localcontext, Context# Badold_context = getcontext().copy()getcontext().prec = 40print(Decimal(22) / Decimal(7))setcontext(old_context)# Goodwith localcontext(Context(prec=50)):    print(Decimal(22) / Decimal(7))  # 3.1428571428571428571428571428571428571428571428571print(Decimal(22) / Decimal(7))      # 3.142857142857142857142857143

上面的代码演示了不带和带上下文管理器的选项。第二个选项显然更短，更具可读性。它还考虑了临时上下文，使其不易出错。

contextlib

在使用@contextmanager时，我们已经窥探了contextlib，但我们可以使用更多的东西——作为第一个示例，让我们看看redirect_stdout和redirect redirect_stderr：

import sysfrom contextlib import redirect_stdout# Badwith open("help.txt", "w") as file:    stdout = sys.stdout    sys.stdout = file    try:        help(int)    finally:        sys.stdout = stdout# Goodwith open("help.txt", "w") as file:    with redirect_stdout(file):        help(int)

如果你有一个工具或函数，默认情况下将所有数据输出到stdout或stderr，但你希望它将数据输出到其他地方——例如文件。那么这两个上下文管理器可能非常有用。与前面的示例一样，这大大提高了代码的可读性，并消除了不必要的视觉干扰。

contextlib的另一个方便的方法是suppress上下文管理器，它将抑制任何不需要的异常和错误：

import osfrom contextlib import suppresstry:    os.remove('file.txt')except FileNotFoundError:    passwith suppress(FileNotFoundError):    os.remove('file.txt')

当然，正确处理异常是更好的，但有时你只需要消除令人讨厌的DeprecationWarning警告，这个上下文管理器至少会使它可读。

我将提到的contextlib中的最后一个实际上是我最喜欢的，它叫做closing：

# Badtry:    page = urlopen(url)    ...finally:    page.close()# Goodfrom contextlib import closingwith closing(urlopen(url)) as page:    ...

此上下文管理器将关闭作为参数传递给它的任何资源（在上面的示例中），即page对象。至于在后台实际发生的情况，上下文管理器实际上只是强制调用页面对象的.close()方法，与使用try/finally选项的方式相同。

用于更好测试的上下文管理器

若你们想让人们使用、阅读或维护你们所写的测试，你们必须让他们可读，易于理解和模仿。mock.patch上下文管理器可以帮助你：

# Badimport requestsfrom unittest import mockfrom unittest.mock import Mockr = Mock()p = mock.patch('requests.get', return_value=r)mock_func = p.start()requests.get(...)# ... do some assertsp.stop()# Goodr = Mock()with mock.patch('requests.get', return_value=r):    requests.get(...)    # ... do some asserts

使用mock.patch上下文管理器可以让你摆脱不必要的.start()和.stop()调用，并帮助你定义此特定模拟的明确范围。这个测试的好处是它可以与unittest以及pytest一起使用，即使它是标准库的一部分（因此也是unittest）。

说到pytest，让我们也展示一下这个库中至少一个非常有用的上下文管理器：

import pytest, oswith pytest.raises(FileNotFoundError, message="Expecting FileNotFoundError"):    os.remove('file.txt')

这个例子展示了pytest.raises的非常简单的用法，它断言代码块引发提供的异常。如果没有，则测试失败。这对于测试预期会引发异常或失败的代码路径非常方便。

跨请求持久化会话

从pytest转到另一个伟大的库——requests。通常，你可能需要在HTTP请求之间保留cookie，需要保持TCP连接活动，或者只想对同一主机执行多个请求。requests提供了一个很好的上下文管理器来帮助应对这些挑战，即管理会话：

import requestswith requests.Session() as session:    session.request(method=method, url=url, **kwargs)

除了解决上述问题之外，这个上下文管理器还可以帮助提高性能，因为它将重用底层连接，因此避免为每个请求/响应对打开新连接。

管理 SQLite 事务

最后但同样重要的是，还有用于管理SQLite事务的上下文管理器。除了使代码更干净之外，此上下文管理器还提供了在异常情况下回滚更改的能力，以及在with语句体成功完成时自动提交的能力：

import sqlite3from contextlib import closing# Badconnection = sqlite3.connect(":memory:")try:    connection.execute("INSERT INTO employee(firstname, lastname) values (?, ?)", ("John", "Smith",))except sqlite3.IntegrityError:    ...connection.close()# Goodwith closing(sqlite3.connect(":memory:")) as connection:    with connection:        connection.execute("INSERT INTO employee(firstname, lastname) values (?, ?)", ("John", "Smith",))

在本例中，你还可以看到closing上下文管理器的良好使用，它有助于处理不再使用的连接对象，这进一步简化了代码，并确保我们不会让任何连接挂起。

以上就是Python上下文管理器怎么使用的详细内容，更多请关注Gxl网其它相关文章！