Python中globals对象的回收顺序分析

先提示，本文需要一定的python源码基础。许多内容请参考《python源码剖析》。下面切入正题。

 

今天在群里有人问了一个问题。形如如下的一段程序。

 

Python代码  

1.      
2. class person:  
3.     sum = 0  
4.     def __init__(self,name):  
5.         self.name=name  
6.         person.sum += 1  
7.   
8.     def __del__(self):  
9.         person.sum -= 1  
10.         print "%s is leaving" % self.name  
11.   
12. a = person('a')  
13. a2 = person('a2')  

 

这段程序的预期的执行结果应该是"a is leaving"和"a2 isleaving"。但是实际上却出乎意料之外，实际的执行结果如下：

 

Python代码  

1. a is leaving  
2. Exception exceptions.AttributeError: "'NoneType' object has no attribute 'sum'" in   
3. 0x4a18f0>> ignored  

 

为什么引用的名字不同造成的结果会有这么大的差别呢？

 

分析表面的原因，是person这个引用被指向了None。那他是不是真的是None呢？

 

Python代码  

1. def __del__(self):  
2.     "color: #ff0000;">print globals()['person'] #1  
3.     person.sum -= 1  
4.     #print "%s is leaving" % self.name  

 

加入红色这行代码，看看是不是真的变成了None。运行结果如下：

 

Java代码  

1. __main__.person  
2. None  
3. Exception exceptions.AttributeError: "'NoneType' object has no attribute 'sum'"  
4.  in 0x4a18c8>> ignored  

 

看来是真的变成了None了。

 

初步分析原因，应该是程序在执行结束以后，python虚拟机清理环境的时候将"person"这个符号先于"a2"清理了，所以导致在a2的析构函数中无法找到"person"这个符号了。

 

但是转念一想还是不对，如果是"person"符号找不到了，应该是提示“name 'person' is notdefined”才对。说明"person"这个符号还在，那"person"指向的class_object对象还在吗？改变程序为以下格式：

 

Python代码  

1. class person:  
2.     sum = 0  
3.     def __init__(self,name):  
4.         self.name=name  
5.         person.sum += 1  
6.   
7.     def __del__(self):  
8.         #person.sum -= 1  
9.        "color: #ff0000;"> self.__class__.sum -= 1 #1  
10.         #print "%s is leaving" % self.name  
11.   
12. a = person('a')  
13. a2 = person('a2')  

 

红色代码就是修改部分，利用自身的__class__来操作。运行结果一切正常。

 

说明python虚拟机在回收的过程中，只是将"person"这个符号设置成None了。这个结论同时带来2个问题：第一，为什么会设置成None？第二：为什么"person"会先于"a2"而晚于"a"被回收？

 

先来分析第二个问题。第一反应是不是按照字母的顺序来回收？但是马上这个结论被推翻。"a"和"a2"都在"person"的前面。那么难道是根据globals()这个字典的key顺序来回收？执行一下globals().keys()方法，得到以下结果：

 

Python代码  

1. ['a', '__builtins__', '__file__', 'person', 'a2', '__name__', '__doc__']"white-space: normal;">   

 

看来的确是这样。

 

但是为什么是这样？要得出这个结论，看来只有去python源码中找答案了。

 

大家都知道，python代码在运行的时候，会存在一个frameobject对象来表示运行时的环境。类似于c语言的栈帧，也有点像lisp的函数的生存空间，看起来答案要从frameobject.c这个文件中去找了。

 

在frameobject.c中发现了一个函数：staticvoid frame_dealloc(PyFrameObject*f)。看来解决问题的关键就在眼前。

 

在frame_dealloc里面截取了以下一段代码：

 

Python代码  

1. Py_XDECREF(f->f_back);  
2. Py_DECREF(f->f_builtins);  
3. "color: #ff0000;">Py_DECREF(f->f_globals);  
4. Py_CLEAR(f->f_locals);  
5. Py_CLEAR(f->f_trace);  
6. Py_CLEAR(f->f_exc_type);  
7. Py_CLEAR(f->f_exc_value);  
8. Py_CLEAR(f->f_exc_traceback);  

 

原来减少了引用啊。。关于Py_DECREF这个宏，python源码里面的解释是这样的：

 

The macros Py_INCREF(op) and Py_DECREF(op)are used to increment or decrement
reference counts. Py_DECREF calls the object's deallocator functionwhen
the refcount falls to 0;

 

这么说来，我们就要去找f_globals的析构函数了。f_globals是个什么呢？当然是PyDictObject了。证据么遍地都是啊，比如随手找了一个，在PyFrameObject * PyFrame_New(PyThreadState*tstate, PyCodeObject *code, PyObject *globals,PyObject*locals)这个函数里面有一段代码：

 

Python代码  

1. #ifdef Py_DEBUG  
2.     if (code == NULL || globals == NULL || !"color: #ff0000;">PyDict_Check(globals) ||  
3.         (locals != NULL && !PyMapping_Check(locals))) {  
4.         PyErr_BadInternalCall();  
5.         return NULL;  
6.     }  
7. #endif  

 

PyDict_Check。。。检查是否是Dict对象。好吧，此处略过，直接奔向dictobject.c看看里面的代码。

 

C代码  

1. static void  
2. dict_dealloc(register dictobject *mp)  
3. {  
4.     register dictentry *ep;  
5.     Py_ssize_t fill = mp->ma_fill;  
6.     PyObject_GC_UnTrack(mp);  
7.     Py_TRASHCAN_SAFE_BEGIN(mp)  
8.     "color: #ff0000;">for (ep = mp->ma_table; fill > 0; ep++) {  
9.         if (ep->me_key) {  
10.             --fill;  
11.             Py_DECREF(ep->me_key);  #  
12.             Py_XDECREF(ep->me_value); #仅仅只是引用计数减一  
13.         }  
14.     }  
15. 以下略  

 

哈哈哈。还真是按照key的顺序来一个一个清除的。

 

不过，怎么又回到了Py_DECREF啊？

 

看来最终解释这个问题要回到GC上面了。

 

其实从这个地方也可以看出第一个问题的答案了，为什么是None？

 

从上面代码可以看出，dictobject对象在析构的时候，仅仅只是将value的引用计数减一，至于这个对象什么时候被真正回收，其实是由GC决定而不确定的。也就是说为什么是None，是因为减一了以后，凑巧GC到了而已。

 

根据Python本身的文档。

 

Python 写道

Warning: Due to the precarious circumstancesunder which __del__() methods are invoked, exceptions that occurduring their execution are ignored, and a warning is printed tosys.stderr instead. Also, when__del__() is invoked in response to a module being deleted (e.g.,when execution of the program is done), other globals referenced bythe __del__() method may already have been deleted. For thisreason, __del__() methods should do the absolute minimum needed tomaintain external invariants. Starting with version 1.5, Pythonguarantees that globals whose name begins with a single underscoreare deleted from their module before other globals are deleted; ifno other references to such globals exist, this may help inassuring that imported modules are still available at the time whenthe __del__() method is called.

 

Python不能保证__del__被调用的时候所有的引用都有，所以，尽量不要overried类的__del__方法。

 

到此结束。