RAII资源请求即初始化

维基百科：RAII

RAII全称为Resource Acquisition Is Initialization，它是在一些面向对象语言中的一种惯用法。RAII源于C++，在Java，C#，D，Ada，Vala和Rust中也有应用。1984-1989年期间，比雅尼·斯特劳斯特鲁普和安德鲁·柯尼希在设计C++异常时，为解决资源管理时的异常安全性而使用了该用法[1]，后来比雅尼·斯特劳斯特鲁普将其称为RAII[2]。

RAII要求，资源的有效期与持有资源的对象的生命期严格绑定，即由对象的构造函数完成资源的分配(获取)，同时由析构函数完成资源的释放。在这种要求下，只要对象能正确地析构，就不会出现资源泄露问题。

作用[编辑]

RAII的主要作用是在不失代码简洁性[3]的同时，可以很好地保证代码的异常安全性。

下面的C++实例说明了如何用RAII访问文件和互斥量：

#include <string>
#include <mutex>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <stdexcept>
 
void write_to_file(const std::string & message)
{
    // mutex to protect file access
    static std::mutex mutex;
 
    // lock mutex before accessing file
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
 
    // try to open file
    std::ofstream file("example.txt");
    if (!file.is_open())
        throw std::runtime_error("unable to open file");
 
    // write message to file
    file << message << std::endl;
 
    // file will be closed 1st when leaving scope (regardless of exception)
    // mutex will be unlocked 2nd (from lock destructor) when leaving
    // scope (regardless of exception)
}

C++保证了所有栈对象在生命周期结束时会被销毁(即调用析构函数)[4]，所以该代码是异常安全的。无论在write_to_file函数正常返回时，还是在途中抛出异常时，都会引发write_to_file函数的堆栈回退，而此时会自动调用lock和file对象的析构函数。

当一个函数需要通过多个局部变量来管理资源时，RAII就显得非常好用。因为只有被构造成功(构造函数没有抛出异常)的对象才会在返回时调用析构函数[4]，同时析构函数的调用顺序恰好是它们构造顺序的反序[5]，这样既可以保证多个资源(对象)的正确释放，又能满足多个资源之间的依赖关系。

由于RAII可以极大地简化资源管理，并有效地保证程序的正确和代码的简洁，所以通常会强烈建议在C++中使用它。

典型用法[编辑]

RAII在C++中的应用非常广泛，如C++标准库中的lock_guard便是用RAII方式来控制互斥量:

template <class Mutex> class lock_guard {
private:
    Mutex& mutex_;
 
public:
    lock_guard(Mutex& mutex) : mutex_(mutex) { mutex_.lock(); }
    ~lock_guard() { mutex_.unlock(); }
 
    lock_guard(lock_guard const&) = delete;
    lock_guard& operator=(lock_guard const&) = delete;
};

程序员可以非常方便地使用lock_guard，而不用担心异常安全问题

extern void unsafe_code();  // 可能抛出异常
 
using std::mutex;
using std::lock_guard;
 
mutex g_mutex;
 
void access_critical_section()
{
    lock_guard<mutex> lock(g_mutex);
    unsafe_code();
}

实际上，C++标准库的实现就广泛应用了RAII，典型的如容器、智能指针等。

RRID[编辑]

RAII还有另外一种被称为RRID(Resource Release Is Destruction)的特殊用法[6]，即在构造时没有”获取”资源，但在析构时释放资源。ScopeGuard[7]和Boost.ScopeExit就是RRID的典型应用：

#include <functional>
 
class ScopeGuard {
private:
    typedef std::function<void()> destructor_type;
 
    destructor_type destructor_;
    bool dismissed_;
 
public:
    ScopeGuard(destructor_type destructor) : destructor_(destructor), dismissed_(false) {}
 
    ~ScopeGuard()
    {
        if (!dismissed_) {
            destructor_();
        }
    }
 
    void dismiss() { dismissed_ = true; }
 
    ScopeGuard(ScopeGuard const&) = delete;
    ScopeGuard& operator=(ScopeGuard const&) = delete;
};

ScopeGuard通常用于省去一些不必要的RAII封装，例如

void foo()
{
    auto fp = fopen("/path/to/file", "w");
    ScopeGuard fp_guard([&fp]() { fclose(fp); });
 
    write_to_file(fp);                     // 异常安全
}

在D语言中，scope关键字也是典型的RRID用法，例如

void access_critical_section()
{
    Mutex m = new Mutex;
    lock(m); 
    scope(exit) unlock(m);
 
    unsafe_code();                  // 异常安全
}
 
Resource create()
{
    Resource r = new Resource();
    scope(failure) close(f);
 
    preprocess(r);                  // 抛出异常时会自动调用close(r)
    return r;
}

对比finally[编辑]

虽然RAII和finally都能保证资源管理时的异常安全，但相对来说，使用RAII的代码相对更加简洁。正如Stroustrup所说，“在真实环境中，调用资源释放代码的次数远多于资源类型的个数，所以相对于使用用finally来说，使用RAII能减少代码量。”[8]

例如在Java中使用finally来管理Socket资源

void foo() {
    Socket socket;
    try {
        socket = new Socket();
        access(socket);
    } finally {
        socket.close();
    }
}

在采用RAII后，代码可以简化为

void foo() {
    try (Socket socket = new Socket()) {
        access(socket);
    }
}

特别是当大量使用Socket时，那些重复的finally就显得没有必要。