最直觀的上下文，莫過于小學的語文課，經常會問
聯系上下文，推測...，回答...，表明作者...
。文章里的上下文比較好懂，無非就是
前
與
后
。
在了解了計算機的執行狀態，程式的運行，才稍微對計算機的上下文(context)有了一定的認識，多半還是只可意會，不可言傳。本文所討論的上下文，簡而言之，就是程式所執行的環境狀態，或者說程式運行的情景。
提及上下文，就不可避免的涉及Python中關于上下文的魔法，即上下文管理器（contextor）。
資源的創建和釋放場景
上下文管理器的常用于一些資源的操作，需要在資源的獲取與釋放相關的操作，一個典型的例子就是數據庫的連接，查詢，關閉處理。
先看如下一個例子：
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class Database(object): ? ????def __init__(self): ????????self.connected = False ? ????def connect(self): ????????self.connected = True ? ????def close(self): ????????self.connected = False ? ????def query(self): ????????if self.connected: ????????????return 'query data' ????????else: ????????????raise ValueError('DB not connected ') ? def handle_query(): ????db = Database() ????db.connect() ????print 'handle --- ', db.query() ????db.close() ? def main(): ????handle_query() ? if __name__ == '__main__': ????main() |
上述的代碼很簡單，針對
Database
這個數據庫類，提供了
connect
query
和
close
三種常見的db交互接口。客戶端的代碼中，需要查詢數據庫并處理查詢結果。當然這個操作之前，需要連接數據庫（db.connect()）和操作之后關閉數據庫連接（ db.close()）。上述的代碼可以work，可是如果很多地方有類似handle_query的邏輯，連接和關閉這樣的代碼就得copy很多遍，顯然不是一個優雅的設計。
對于這樣的場景，在python黑魔法—裝飾器中有討論如何優雅的處理。下面使用裝飾器進行改寫如下：.
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class Database(object): ????... ? def dbconn(fn): ????def wrapper(*args, **kwargs): ????????db = Database() ????????db.connect() ????????ret = fn(db, *args, **kwargs) ????????db.close() ????????return ret ????return wrapper ? @dbconn def handle_query(db=None): ????print 'handle --- ', db.query() ? def main(): ????... |
編寫一個dbconn的裝飾器，然后在針對handle_query進行裝飾即可。使用裝飾器，復用了很多數據庫連接和釋放的代碼邏輯，看起來不錯。
裝飾器解放了生產力。可是，每個裝飾器都需要事先定義一下db的資源句柄，看起來略丑，不夠優雅。
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優雅的With as語句
Python提供了With語句語法，來構建對資源創建與釋放的語法糖。給Database添加兩個魔法方法：
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class Database(object): ? ????... ? ????def __enter__(self): ????????self.connect() ????????return self ? ????def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb): ????????self.close() |
然后修改handle_query函數如下：
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def handle_query(): ????with Database() as db: ????????print 'handle ---', db.query() |
在Database類實例的時候，使用with語句。一切正常work。比起裝飾器的版本，雖然多寫了一些字符，但是代碼可讀性變強了。
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上下文管理協議
前面初略的提及了上下文，那什么又是上下文管理器呢？與python黑魔法—迭代器類似，實現了迭代協議的函數/對象即為迭代器。實現了上下文協議的函數/對象即為上下文管理器。
迭代器協議是實現了
__iter__
方法。上下文管理協議則是
_
_enter__
、
__exit__
。對于如下代碼結構：
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class Contextor: ????def __enter__(self): ????????pass ? ????def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb): ????????pass ? contextor = Contextor() ? with contextor [as var]: ????with_body |
Contextor
實現了
__enter__
和
__exit__
這兩個上下文管理器協議，當Contextor調用/實例化的時候，則創建了上下文管理器
contextor
。類似于實現迭代器協議類調用生成迭代器一樣。
配合with語句使用的時候，上下文管理器會自動調用
__enter__
方法，然后進入運行時上下文環境，如果有as 從句，返回自身或另一個與運行時上下文相關的對象，值賦值給var。當with_body執行完畢退出with語句塊或者with_body代碼塊出現異常，則會自動執行
__exit__
方法，并且會把對于的異常參數傳遞進來。如果
__exit__
函數返回
True
。則with語句代碼塊不會顯示的拋出異常，終止程序，如果返回None或者False，異常會被主動raise，并終止程序。
大致對with語句的執行原理總結Python上下文管理器與with語句:
- 執行 contextor 以獲取上下文管理器
- 加載上下文管理器的 exit () 方法以備稍后調用
- 調用上下文管理器的 enter () 方法
- 如果有 as var 從句，則將 enter () 方法的返回值賦給 var
- 執行子代碼塊 with_body
- 調用上下文管理器的 exit () 方法，如果 with_body 的退出是由異常引發的，那么該異常的 type、value 和 traceback 會作為參數傳給 exit ()，否則傳三個 None
- 如果 with_body 的退出由異常引發，并且 exit () 的返回值等于 False，那么這個異常將被重新引發一次；如果 exit () 的返回值等于 True，那么這個異常就被無視掉，繼續執行后面的代碼
了解了with語句和上下文管理協議，或許對上下文有了一個更清晰的認識。即代碼或函數執行的時候，調用函數時候有一個環境，在不同的環境調用，有時候效果就不一樣，這些不同的環境就是上下文。例如數據庫連接之后創建了一個數據庫交互的上下文，進入這個上下文，就能使用連接進行查詢，執行完畢關閉連接退出交互環境。創建連接和釋放連接都需要有一個共同的調用環境。不同的上下文，通常見于異步的代碼中。
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上下文管理器工具
通過實現上下文協議定義創建上下文管理器很方便，Python為了更優雅，還專門提供了一個模塊用于實現更函數式的上下文管理器用法。
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import contextlib ? @contextlib.contextmanager def database(): ????db = Database() ????try: ????????if not db.connected: ????????????db.connect() ????????yield db ????except Exception as e: ????????db.close() ? def handle_query(): ????with database() as db: ????????print 'handle ---', db.query() |
使用contextlib 定義一個上下文管理器函數，通過with語句，database調用生成一個上下文管理器，然后調用函數隱式的
__enter__
方法，并將結果通yield返回。最后退出上下文環境的時候，在except代碼塊中執行了
__exit__
方法。當然我們可以手動模擬上述代碼的執行的細節。
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In [1]: context = database()????# 創建上下文管理器 ? In [2]: context ? ? In [3]: db = context.__enter__() # 進入with語句 ? In [4]: db???????????????????????????? # as語句，返回 Database實例 Out[4]: ? In [5]: db.query()?????? Out[5]: 'query data' ? In [6]: db.connected Out[6]: True ? In [7]: db.__exit__(None, None, None)????# 退出with語句 ? In [8]: db Out[8]: ? In [9]: db.connected Out[9]: False |
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上下文管理器的用法
既然了解了上下文協議和管理器，當然是運用到實踐啦。通常需要切換上下文環境，往往是在多線程/進程這種編程模型。當然，單線程異步或者協程的當時，也容易出現函數的上下文環境經常變動。
異步式的代碼經常在定義和運行時存在不同的上下文環境。此時就需要針對異步代碼做上下文包裹的hack。看下面一個例子：
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import tornado.ioloop ? ioloop = tornado.ioloop.IOLoop.instance() ? ? def callback(): ????print 'run callback' ????raise ValueError('except in callback') ? def async_task(): ????print 'run async task' ????ioloop.add_callback(callback=callback) ? def main(): ? ????try: ????????async_task() ????except Exception as e: ????????print 'exception {}'.format(e) ????print 'end' ? main() ioloop.start() ? 運行上述代碼得到如下結果 ? run async task end run callback ERROR:root:Exception in callback Traceback (most recent call last): ??... ????raise ValueError('except in callback') ValueError: except in callback |
主函數中main中，定義了異步任務函數async_task的調用。async_task中異常，在except中很容易catch，可是callback中出現的異常，則無法捕捉。原因就是定義的時候上下文為當前的線程執行環境，而使用了tornado的ioloop.add_callback方法，注冊了一個異步的調用。當callback異步執行的時候，他的上下文已經和async_task的上下文不一樣了。因此在main的上下文，無法catch異步中callback的異常。
下面使用上下文管理器包裝如下：
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class Contextor(object): ????def __enter__(self): ????????pass ? ????def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb): ????????if all([exc_type, exc_val, exc_tb]): ????????????print 'handler except' ????????????print 'exception {}'.format(exc_val) ????????return True ? def main(): ????with tornado.stack_context.StackContext(Contextor): ????????async_task() ? 運行main之后的結果如下： ? run async task handler except run callback handler except exception except in callback |
可見，callback的函數的異常，在上下文管理器Contextor中被處理了，也就是說callback調用的時候，把之前main的上下文保存并傳遞給了callback。當然，上述的代碼也可以改寫如下：
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@contextlib.contextmanager def contextor(): ????try: ????????yield ????except Exception as e: ????????print 'handler except' ????????print 'exception {}'.format(e) ????finally:???? ????????print 'release' ? def main(): ????with tornado.stack_context.StackContext(contextor): ????????async_task() |
效果類似。當然，也許有人會對StackContext這個tornado的模塊感到迷惑。其實他恰恰應用上下文管理器的魔法的典范。查看StackContext的源碼，實現非常精秒，非常佩服tornado作者的編碼設計能力。至于StackContext究竟如何神秘，已經超出了本篇的范圍，將會在介紹tonrado異步上下文管理器中介紹
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