Python上下文管理器详解：从基础with语句到高级用法
1. 前言
在 Python 中，资源管理是至关重要的议题。无论是文件操作、数据库连接，还是网络请求等场景，我们都需要确保资源被正确获取并释放，以避免资源泄漏和数据损坏等问题。而 Python 提供的 上下文管理器，能帮助我们优雅地处理这些成对的操作，使代码更加简洁、健壮且可维护。
在阅读本文之前，你需要对 魔法方法（Magic Methods） 有一定的了解，特别是 __enter__ 和 __exit__。如果不熟悉，可以先阅读这篇博客： 📖 《Python 中的魔法方法详解：call、add、str、len、init 等》。
2. 基础：最简单的上下文管理器
2.1 什么是上下文管理器？
上下文管理器 是 Python 中用于定义 进入代码块前和退出代码块后所需逻辑 的工具。它允许我们使用 with 语句创建一个临时的上下文，并在该范围内执行代码。
2.2 示例：文件操作
普通的文件操作代码：
f = open('test.txt')
try:
pass
finally:
f.close() # 确保文件被关闭
使用上下文管理器：
with open('test.txt') as f:
pass # 自动关闭文件
使用 with 语句后，代码更加简洁直观。open 函数返回的文件对象本身就是一个上下文管理器，它的 __enter__ 方法会在进入 with 代码块时自动调用，__exit__ 方法则会在退出代码块时自动关闭文件，从而避免资源泄漏。
3. 自定义上下文管理器
3.1 让类成为上下文管理器
要让一个类成为上下文管理器，需要实现以下两个 魔法方法：
__enter__()：进入with代码块时执行，通常用于 获取资源。__exit__(exc_type, exc_val, exc_tb)：退出with代码块时执行，通常用于 释放资源，并可处理异常。
3.2 示例：测量代码执行时间
import time
class Timer:
def __enter__(self):
self.start_time = time.time()
return self # 返回 self，使得 `with` 语句可以访问它
def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
end_time = time.time()
print(f"代码块执行时间：{end_time - self.start_time:.4f} 秒")
# 使用自定义的 Timer 上下文管理器
with Timer():
time.sleep(2) # 模拟耗时操作
运行结果：
代码块执行时间：2.0001 秒
🔹 在 with 语句执行时：
__enter__()方法记录 开始时间 并返回self。with代码块执行完毕后，__exit__()计算 耗时 并打印结果。
4. 上下文管理器的高级用法
4.1 使用 contextlib 轻松创建上下文管理器
除了手动定义类，我们还可以使用 contextlib 模块，通过装饰器 @contextmanager 创建上下文管理器。
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def my_context_manager():
print("Entering the context")
yield # 代码执行到这里会交出控制权
print("Exiting the context")
with my_context_manager():
print("Inside the context")
运行结果：
Entering the context
Inside the context
Exiting the context
🔹 yield 之前的代码在 进入上下文 时执行，
🔹 yield 之后的代码在 退出上下文 时执行。
4.2 处理异常
上下文管理器的 __exit__ 方法可以 接收异常信息，从而在代码块发生异常时进行处理，防止程序崩溃。
class MyOpen:
def __init__(self, filepath):
print('调用 MyOpen 构造函数')
self.filepath = filepath
def __enter__(self):
print('进入 __enter__ 方法')
return self.filepath # 返回文件路径
def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
print('进入 __exit__ 方法')
if exc_type is ValueError: # 处理特定异常
print('捕获到 ValueError')
return True # 返回 True，表示异常已处理
return False # 其他异常将继续传播
with MyOpen('test.txt') as f:
raise ValueError('A ValueError occurred') # 主动抛出异常
print(f'The value of f is {f}') # 不会执行
运行结果：
调用 MyOpen 构造函数
进入 __enter__ 方法
进入 __exit__ 方法
捕获到 ValueError
🔹 由于 __exit__() 返回 True，异常不会传播，程序不会崩溃。
🔹 若 __exit__() 返回 False，异常将继续向外传播，导致程序崩溃。
✅ 解决方案：在 with 代码块中使用 try...except 捕获异常
with MyOpen('test.txt') as f:
try:
raise ValueError('A ValueError occurred')
except ValueError:
print('异常已处理')
这样，即使发生异常，with 代码块仍然可以继续执行。
4.3 嵌套上下文管理器
在实际开发中，我们可能需要同时管理多个资源，如 同时打开多个文件或数据库连接。
方法 1：多个 with 语句
with open("file1.txt", "w") as f1, open("file2.txt", "w") as f2:
f1.write("Hello, File 1!")
f2.write("Hello, File 2!")
方法 2：使用 ExitStack（适用于动态资源管理）
from contextlib import ExitStack
with ExitStack() as stack:
file1 = stack.enter_context(open("file1.txt", "w"))
file2 = stack.enter_context(open("file2.txt", "w"))
file1.write("Hello, File 1!")
file2.write("Hello, File 2!")
适用场景：
ExitStack适合 动态 管理多个上下文，比如文件数量不确定的情况。
5. 总结
✅ Python 上下文管理器（Context Manager） 提供了一种优雅、简洁且强大的方式来 管理资源的获取与释放，避免资源泄漏和异常未处理问题。
🔹 核心方法：
__enter__()__exit__(exc_type, exc_val, exc_tb)
🔹 创建方式：
- 手写类（适用于复杂逻辑）
- 使用
contextlib.contextmanager（适用于简单逻辑） - 使用
ExitStack（适用于动态资源管理）
🔹 应用场景：
- 文件读写
- 数据库连接
- 网络请求
- 线程/进程管理
在实际开发中，合理使用上下文管理器，可以让代码更加 简洁、安全 和 易维护。希望本文能帮助你掌握这一强大的 Python 编程技巧！🚀
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