Python(九、with与上下文管理器and异步同步阻塞非阻塞)

with与“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 try 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,后续代码就不再执行,而直接跳转到 except 代码块。而无论如何,finally 块的代码最终都会被执行。因此,只要把 close 放在 finally 代码中,文件就一定会关闭。

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 方法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)。

什么是上下文(context)

上下文在不同的地方表示不同的含义,要感性理解。context其实说白了,和文章的上下文是一个意思,在通俗一点,我觉得叫环境更好。
林冲大叫一声“啊也!”....
问:这句话林冲的“啊也”表达了林冲怎样的心里?
答:啊你妈个头啊!
看,一篇文章,给你摘录一段,没前没后,你读不懂,因为有语境,就是语言环境存在,一段话说了什么,要通过上下文(文章的上下文)来推断。
app点击一个按钮进入一个新的界面,也要保存你是在哪个屏幕跳过来的等等信息,以便你点击返回的时候能正确跳回,如果不存肯定就无法正确跳回了。
看这些都是上下文的典型例子,理解成环境就可以,(而且上下文虽然叫上下文,但是程序里面一般都只有上文而已,只是叫的好听叫上下文。。进程中断在操作系统中是有上有下的,不过不这个高深的问题就不要深究了。。。)

上下文管理器

任何实现了 enter() 和 exit() 方法的对象都可称之为上下文管理器,上下文管理器对象可以使用 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,你就无需显示地调用 close 方法了,由系统自动去调用,哪怕中间遇到异常 close 方法也会被调用。

实现上下文管理器的另外方式

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。

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。

同步异步阻塞和非阻塞

  • 同步、异步二: 通讯方式 (水壶,回调)os系统底层需要支持异步api
  • 阻塞、非阻塞:等待状态 (老张,线程)

老张爱喝茶.废话不说.煮开水.
出场人物:老张,水壶两把(普通水壶,简称水表:会响的水壶,简称响水表)。


1 .老张把水显放到火上,立等水开.(同步阴塞)
老张觉得自己有点傻
2 .老张把水壶放到火上.去客厅,电视.时不时去厨房.看水开没有.(同步非阴寒)
老张还尾彭粤自己有点傻,于是变高端了,买了把会响笛的那种水壶。水开之后,能大声发出嘀的嗓音。
3 .老张把响水壶放到火上,立等水开。(异步阻塞)
老张彭尽这样傻等愈义不大
4 .老张把晌水壶放到火上,去客厅.电视,水壶响之前不再去,响了再去拿壶。(异步非阻塞)
老张觉得自己聪明了。


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