面试题：Python复杂异常处理与上下文管理器的优化

异常处理机制设计

获取连接时的异常处理：
- 在获取连接的方法中，使用 try - except 块捕获可能的异常，如连接超时、数据库服务不可用等自定义异常。
- 如果捕获到异常，记录异常信息，并且不将无效连接添加到使用中的连接列表（假设连接池有这样的状态管理），以确保连接池状态正确。
释放连接时的异常处理：
- 在释放连接的方法中，同样使用 try - except 块。如果释放连接时出现异常，如数据库连接已断开等情况，记录异常信息，并标记该连接为不可用（从连接池的可用连接列表中移除，或者标记为需要重新初始化）。
- 无论释放连接是否成功，都要确保连接池的状态更新正确，比如连接的计数等状态信息。
资源不泄露处理：
- 使用上下文管理器的 __exit__ 方法确保在任何情况下连接都能正确释放。如果在 __enter__ 方法获取连接时成功，但在上下文块内发生异常，__exit__ 方法依然会执行释放连接操作，避免资源泄露。

上下文管理器优化

性能优化：
- 复用连接：在连接池初始化时创建一定数量的连接，当有获取连接请求时，优先从可用连接列表中获取，而不是每次都创建新连接，减少创建连接的开销。
- 异步操作：如果支持异步操作，可以使用异步上下文管理器和异步获取/释放连接操作，提高并发性能。例如在 Python 中使用 async with 语法。
可维护性优化：
- 模块化：将连接获取、释放、异常处理等功能封装成独立的方法，便于理解和维护。
- 日志记录：在关键操作（如获取、释放连接，异常处理等）处添加详细的日志记录，方便调试和排查问题。

关键代码片段及解释（以 Python 为例）

import logging
from queue import Queue
import time


# 自定义异常类
class ConnectionTimeoutError(Exception):
    pass


class DatabaseUnavailableError(Exception):
    pass


class DatabaseConnection:
    def __init__(self, host, port, user, password):
        self.host = host
        self.port = port
        self.user = user
        self.password = password
        self.connected = False

    def connect(self):
        # 模拟连接操作
        time.sleep(1)
        if self.host and self.port and self.user and self.password:
            self.connected = True
        else:
            raise ConnectionTimeoutError("连接超时")

    def disconnect(self):
        # 模拟断开连接操作
        self.connected = False


class ConnectionPool:
    def __init__(self, max_connections, host, port, user, password):
        self.max_connections = max_connections
        self.pool = Queue(maxsize=max_connections)
        self.host = host
        self.port = port
        self.user = user
        self.password = password
        for _ in range(max_connections):
            self.pool.put(DatabaseConnection(host, port, user, password))

    def get_connection(self):
        try:
            connection = self.pool.get(timeout=5)
            try:
                connection.connect()
                return connection
            except ConnectionTimeoutError:
                self.pool.put(connection)
                raise
        except TimeoutError:
            raise DatabaseUnavailableError("数据库服务不可用，连接池无可用连接")

    def return_connection(self, connection):
        try:
            if connection.connected:
                connection.disconnect()
            self.pool.put(connection)
        except Exception as e:
            logging.error(f"释放连接时出现异常: {e}")
            # 标记连接为不可用等操作


class DatabaseContextManager:
    def __init__(self, connection_pool):
        self.connection_pool = connection_pool
        self.connection = None

    def __enter__(self):
        try:
            self.connection = self.connection_pool.get_connection()
            return self.connection
        except (ConnectionTimeoutError, DatabaseUnavailableError) as e:
            logging.error(f"获取连接时出现异常: {e}")
            raise

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if self.connection:
            self.connection_pool.return_connection(self.connection)
        if exc_type:
            logging.error(f"上下文块内出现异常: {exc_type}, {exc_val}")
        return True


# 使用示例
if __name__ == "__main__":
    logging.basicConfig(level = logging.ERROR)
    pool = ConnectionPool(5, "localhost", 3306, "user", "password")
    with DatabaseContextManager(pool) as connection:
        if connection:
            print("连接成功，可以进行数据库操作")

自定义异常类：定义 ConnectionTimeoutError 和 DatabaseUnavailableError 分别表示连接超时和数据库服务不可用异常。
DatabaseConnection 类：模拟数据库连接，connect 方法模拟连接操作，disconnect 方法模拟断开连接操作。
ConnectionPool 类：
- __init__ 方法初始化连接池，创建指定数量的数据库连接并放入队列。
- get_connection 方法从连接池获取连接并尝试连接数据库，如果获取连接超时或连接超时抛出相应异常。
- return_connection 方法释放连接回连接池，处理释放连接时的异常。
DatabaseContextManager 类：
- __enter__ 方法获取连接，处理获取连接时的异常。
- __exit__ 方法释放连接，处理上下文块内的异常，确保无论是否发生异常连接都能正确释放。

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面试题：Python复杂异常处理与上下文管理器的优化

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面试题答案

异常处理机制设计

上下文管理器优化

关键代码片段及解释（以 Python 为例）