RAII，全称资源获取即初始化（英語：Resource Acquisition Is Initialization），它是在一些面向对象语言中的一种慣用法。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·斯特勞斯特魯普和安德鲁·柯尼希在设计C++异常时，为解决資源管理时的異常安全性而使用了该用法[1]，后来比雅尼·斯特勞斯特魯普将其称为RAII[2]。
RAII要求，资源的有效期与持有资源的对象生命周期严格绑定，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，就不会出现资源泄漏问题。
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)
{
// 建立文件的互斥鎖
static std::mutex mutex;
// 訪問文件前加鎖
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
// 試著打開文件
std::ofstream file("example.txt");
if (!file.is_open())
throw std::runtime_error("unable to open file");
// 輸出內容
file << message << std::endl;
// 當離開時，文件會被解構（不管是否有異常）
// 互斥鎖也會被解構（不管是否有異常）
}
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[6]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();
}
RRID
编辑RAII还有另外一种被称为RRID（Resource Release Is Destruction）的特殊用法[7]，即在构造时没有“获取”资源，但在析构时释放资源。ScopeGuard[8]和Boost.ScopeExit[9]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;
}
與finally的比較
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。 如比雅尼·斯特劳斯特鲁普所说，“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finally来说，使用RAII能减少代码量。”[10]
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，重复的finally就显得没有必要。
参考资料
编辑- Stroustrup, Bjarne. The C++ Programming Language [C++程序设计语言]. Addison-Wesley. 2000 [2014-09-29]. ISBN 0-201-70073-5. （原始内容存档于2014-06-30） （英语）.
- Stroustrup, Bjarne. The Design and Evolution of C++ [C++语言的设计和演化]. Addison-Wesley. 1994 [2014-09-29]. ISBN 0-201-54330-3. （原始内容存档于2023-06-06） （英语）.
- Wilson, Matthew. ,Imperfect C++ [Imperfect C++中文版]. Addison-Wesley. 2004 [2023-11-10]. ISBN 0321228774. （原始内容存档于2023-06-05） （英语）.
- ^ Exception Handling for C++ （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 5 Handling of Destructors
- ^ Stroustrup 1994，chpt. 16.5 Resource Management. I called this technique “resource acquisition is initialization.”
- ^ C++ FAQ, "I have too many try blocks; what can I do about it?" （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ 4.0 4.1 Stroustrup 2000，chpt. 14.4.1 Using Constructors and Destructors.
- ^ C++ FAQ, "What's the order that local objects are destructed?" （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ lock_guard（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Wilson 2004，chpt. 3.4 RRID.
- ^ Andrei Alexandrescu, Change the Way You Write Exception-Safe Code （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Boost.ScopeExit（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Bjarne Stroustrup's C++ Style and Technique FAQ （页面存档备份，存于互联网档案馆）. "Why doesn't C++ provide a "finally" construct?" （页面存档备份，存于互联网档案馆）
