前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >Python weakref (弱引用 ) 教程

Python weakref (弱引用 ) 教程

作者头像
marsggbo
发布2021-06-10 00:04:21
8800
发布2021-06-10 00:04:21
举报

原文:https://blog.csdn.net/NeverLate_gogogo/article/details/107021695 本文有删改

目录

前言

首先提一点:大家遇到python模块的使用问题,尽可能去 python document去找答案。

但是关于weakref,官网上给的例子,并不能让我们理解这个弱引用。 于是在网上查了一些资料,也是比较模糊。

于是我还是从变量到垃圾回收再到若弱引用讲起这件事吧。因为他们是息息相关的,只有l理解了变量的引用和垃圾回收才会 更好的 理若引用的概念。

然后最后我再举2个例子,说明弱引用是怎么体现出来的。

一、变量

1.1 变量是什么?

变量是一个对象别名,可以理解成变量是贴在对象上的一个标签,所以当执行

my_list = [1,2,3,4] 其实就是在 [1,2,3,4]这个对象上贴了一个标签 my_list,我们可以通过这个标签来找到对象,进而可以操作对象。

那么我又执行:

my_list2 = my_list 这个时候发生了什么呢,其实就是又给[1,2,3,4]这个对象添加了一个标签。当然,这种说法是只限于对可变对象的操作。我们可以参考下图:

image
image

每个变量都有 标识 、类型 和 值。对象一旦创建,它的标识绝不会变;可以把标识理解为对象在内存中的地址。is 运算符比较两个对象的标识;id() 函数返回对象标识的整数表示。

因此当我们对上面执行 id(my_list1)id(my_list) 他们返回的值是一样的,因为他们指向同一个对象,my_listmy_list1只是标签而已。

1.2 ==is之间的比较

== 运算符比较两个对象的值(对象中保存的数据),而 is 比较对象的标识。

is 运算符比 == 速度快,因为它不能重载.接比较两个对象的 整数 ID。

a == b 是语法糖,等同于 a.__eq__(b)

__eq__ 方法继承自 object, 比较两个对象的 ID,结果与 is 一样。但是多数内置类型使用更有意义的方式覆盖了 __eq__ 方法,会考虑对象属性的值。相等性测试可能涉及大量处理工作,例如,比较大型集合或嵌套层级深的结构时。

二、del与垃圾回收机制

这里我们只讨论引用计数规则的垃圾回收机制

python中对象绝不会自行销毁;然而,无法得到对象时,可能会被当作垃圾回收。无法得到对象包括两种: ①没有人引用这个对象了,也就是说这个对象身上被贴的标签都没有了,这时候我们其实就找不到这个对象了; ②相互引用

del 语句删除名称(也就是我们说的标签),而不是对象。当我们把贴在对象身上的标签全部删除了,这时候python垃圾回收机制的引用计数(可以理解为贴标签计数)检测到引用此对象的次数为0,那么就触发了垃圾回收机制,销毁此对象。

因此del命令并不会删除对象,而是当del删除了对象的最后一个引用时,会触发垃圾回收机制,回收器将对象销毁。这个概念要搞清。(看例1的代码)

重新绑定也可能会导致对象的引用数量归零,导致对象被销毁。什么意思呢?

我们执行下面的代码:

代码语言:javascript
复制
my_list = [1,2,3,4]
my_list = [3,4,5,6]

这个时候,对象[1,2,3,4]就被销毁了,为什么?

因为my_list这个标签从对象[1,2,3,4]上被撕下来了,贴到了对象[3,4,5,6]上。这时候对象[1,2,3,4]的引用计数是不是就为0了,这时候就触发垃圾回收机制,将[1,2,3,4]这个对象给销毁了。

所以说,重新绑定也可能导致对象被销毁

(可以看例1的代码)

代码语言:javascript
复制
# 代码示例1
>>> import weakref
>>> s1 = {1,2,3}    # 给对象{1,2,3}贴了一个标签s1
>>> def bye():      # 对象{1,2,3}被销毁时,调用这个函数
...     print("拜拜,你被销毁了")
...
>>> ender = weakref.finalize(s1,bye)      # 绑定回调函数
>>> ender.alive                           # 看对象{1,2,3}仍然存活
True
>>> s1 = {4,5,6}                          # 当标签s1从{1,2,3}上撕下来,对象{1,2,3}被销毁了
拜拜,你被销毁了
>>> ender.alive
False

如果两个对象相互引用(不懂相互引用的可以自行学习一下),当它们的引用只存在二者之间时,垃圾回收程序会判定它们都无法获取,进而把它们都销毁。

__del__ 特殊方法.不会销毁实例,不应该在代码中调用。即将销毁实例时,Python 解释器会调用 __del__ 方法,给实例最后的机会,释放外部资源。 参考标准库del特殊方法.

在 CPython 中,垃圾回收使用的主要算法是引用计数。

实际上,每个对象都会统计有多少引用指向自己.

当引用计数归零时,对象立即就被销毁:CPython 会在对象上调用 __del__ 方法(如果定义了),然后释放分配给对象的内存。

CPython 2.0 增加了分代垃圾回收算法,用于检测引用循环中涉及的对象组——如果一组对象之间全是相互引用,即使再出色的引用方式也会导致组中的对象不可获取。

Python 的其他实现有更复杂的垃圾回收程序,而且不依赖引用计数,这意味着,对象的引用数量为零时可能不会立即调用 del 方法。

代码语言:javascript
复制
# 代码示例2
# 使用 weakref.finalize 注册一个在销毁对象时调用的回调函数。
In [166]: import weakref
 
In [167]: s1 = {1,2,3}
 
In [168]: s2 =  s1  # 指向同一个集合.
 
In [169]: def bye():  # 回调函数一定不能是要销毁的对象的绑定方法(类方法),否则会有一个指向对象的引用。
     ...:     print("拜拜,你被销毁了")
     ...:
 
In [170]: ender = weakref.finalize(s1,bye)  # 注册回调, 并返回一个变量,判断是否销毁。
 
In [171]: ender.alive
Out[171]: True
 
In [172]: del s1
 
In [173]: ender.alive # 说明 del s1 是删除引用,而不是对象。
Out[173]: True
 
In [174]: s2 = 'spam'  # 重新绑定 s2 后,表示 {1,2,3} 无法获取 (引用计数为0),此时调用 bye 回调函数.
拜拜,你被销毁了
 
In [175]: ender.alive  # ender 为 弱引用, 不在 计数 范围内.
Out[175]: False

所以,每个引用就相当于一个标签,通过这个标签我们可以找到这个对象。一旦这些标签别撕没了,也就是对象的引用为0的时候,就出触发python的垃圾回收的机制。

三、弱引用

这个时候可以引出我们心心念的弱引用了。

3.1 弱引用是什么?

在上文,我们看到,当执行 my_list=[1,2,3,4]时,这时候就相当于给对象[1,2,3,4]加了一个强引用(标签)。再执行my_list1 = my_list时,那么对象[1,2,3,4]的强引用个数就变为了2,我们想要触发python的垃圾回收机制销毁对象[1,2,3,4]时,就必须把两个强引用my_listmy_list1都删除。

这时候,my_list2 = [1,2,3,4]这种方式,我不想使·my_list2·成为对象的强引用,那么我就可以把·my_list2·定义为一个弱引用,这时候,就当发生贴标签的操作时,就会是一个弱引用。而弱引用不会影响垃圾回收的计数。也就是说,一个对象,只要强引用个数为0,就会触发python的垃圾回收机制,而不管你有多少个弱引用,都是没关系的。

3.2 弱引用介绍与使用

弱引用不会增加对象的引用数量。引用的目标对象称为 所指对象 (referent)。因此,弱引用不会妨碍所指对象被当作垃圾回收。

弱引用在缓存应用中很有用,因为不想仅因为被缓存引用着而始终保存缓存对象。

使用 weakref.ref 实例可以获取所指对象。如果对象存在,调用弱引用可以获取对象;否则返回 None

weakref.ref 类其实是低层接口,供高级用途使用,多数程序最好使用 weakref 工具集finalize

weakref 工具集合:

  • WeakKeyDictionary:
  • WeakValueDictionary: 这是一种可变映射,里面的值是对象的弱引用。被引用的对象在程序中的其他地方被当作垃圾回收后,对应的键会自动从 WeakValueDictionary 中删除。因此,WeakValueDictionary 经常用于缓存。
  • WeakSet: 保存元素弱引用的集合类。元素没有强引用时,集合会把它删除。
  • finalize (内部使用弱引用)

如果一个类需要知道所有实例,一种好的方案是创建一个 WeakSet 类型的类属性,保存实例的引用。

如果使用常规的 set ,实例永远不会被垃圾回收,因为类中有实例的强引用,而类存在的时间与 Python 进程一样长,除非显式删除类。

弱引用局限:

  • 基本的 list 和 dict 实例不能作为所指对象, 但是它们的子类可以作为弱引用所指对象.
  • 基本的 int 、 list 、 tuple 、string 、dict 实例不能作为弱引用的目标。
  • 但是 set 实例可以作为所指对象。
  • 但是, str 、 dict 、list 的子类实例 和 用户自定义的类型实例 可以作为弱引用所指对象.
  • 然而, int 、 tuple 的子类实例 也不能作为弱应用对象.

3.3 弱引用使用举例

任何的数据结构都是可以弱引用的,我们要多利用weakref包中提供的工具类

代码语言:javascript
复制
# 前提: Python 控制台会自动把 _ 变量绑定到结果不为 None 的表达式结果上。
In [1]: import weakref
 
In [2]: a_set = {0,1}
 
In [3]: wref = weakref.ref(a_set)  # 弱引用对象 wref
 
In [4]: wref
Out[4]: <weakref at 0x10f29aea8; to 'set' at 0x10e906f28>
 
In [5]: wref()  # 返回的是被引用的对象,{0, 1}。因为是控制台会话,所以 {0, 1} 会绑定给 _ 变量。
Out[5]: {0, 1}
 
In [6]: a_set = {2, 3, 4}   # a_set 不再指代 {0, 1} 集合,因此集合的引用数量减少了。但是 _ 变量仍然指代它。
 
In [7]: wref()
Out[7]: {0, 1}
 
In [8]: wref() is None  # 计算这个表达式时,{0, 1} 存在,因此 wref() 不是 None。但是,随后 _ 绑定到结果值 False。现在 {0, 1} 没有强引用了。
Out[8]: False
 
In [9]: wref() is None  # 因为 {0, 1} 对象不存在了,所以 wref() 返回 None。
Out[9]: Ture  

WeakValueDictionary 示例:

代码语言:javascript
复制
class Cheese:
 
    def __init__(self, kind):
        self.kind = kind
 
    def __repr__(self):
        return 'Cheese(%r)' % self.kind

# 执行:
In [2]: import weakref
 
In [3]: stock = weakref.WeakValueDictionary()  # 创建弱引用字典实例。
 
In [4]: catalog = [Cheese('Read Leicester'), Cheese('Tilsit'),Cheese('Brie'), Cheese('Parmesan')]
 
In [6]: for cheese in catalog:
   ...:     stock[cheese.kind] = cheese  # 名称映射到实例. [弱引用]
   ...:
 
In [7]: sorted(stock.keys())
Out[7]: ['Brie', 'Parmesan', 'Read Leicester', 'Tilsit']
 
In [8]: del catalog
 
In [9]: sorted(stock.keys())  # 为什么还剩一个? 因为临时变量。
Out[9]: ['Parmesan']
 
In [10]: del cheese
 
In [11]: sorted(stock.keys())  # 临时变量删除后,为空.
Out[11]: []

下面这个例子,是我自己编写的,大家要搞懂下面的这个例子,相信对弱引用,就有些理解了。

代码语言:javascript
复制
>>> import weakref
>>>
>>> class C:                            # 这里新建一个类,因为WeakValueDictionary()
...     def __init__(self, value):      # 要求value是一个obj
...             self.value = value
...
>>> def test_weak_value_dict():
...     d= weakref.WeakValueDictionary()
...     k1 = 'test1'                    
...     v1 = C(1)                       # 这时候C(1)是有一个强引用的:v1
...     d[k1] = v1                      # 这个语句也就是字典赋值,但是由于我们用的
...     print(d[k1])                    # WeakValueDictionary(),所以字典里的是弱引用
...     del v1                          # 这时候删除了C(1)唯一的强引用 v1,因此
...     print(d[k1])                    # WeakValueDictionary()里面 k1,v1 这个键值对消失了
...
>>> test_weak_value_dict()
<__main__.C object at 0x000001793E545198>
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 8, in test_weak_value_dict
  File "C:\Users\ASUS\Anaconda3\lib\weakref.py", line 137, in __getitem__
    o = self.data[key]()
KeyError: 'test1'
>>>

我们如果使用dict代替WeakValueDictionary(),会发生什么呢?

dict内部的引用都是强引用,因此我们删除了C(1)的强引用v1,还有dict里面对C(1)的强引用,因此c(1)不会被销毁

代码语言:javascript
复制
>>> import weakref
>>>
>>> class C:
...     def __init__(self, value):
...             self.value = value
...
>>> def test_weak_value_dict():
...     d= dict()
...     k1 = 'test1'
...     v1 = C(1)
...     d[k1] = v1
...     print(d[k1])
...     del v1
...     print(d[k1])
...
>>> test_weak_value_dict()
<__main__.C object at 0x000001793E545390>
<__main__.C object at 0x000001793E545390>

可以看到没有发生报错,就是因为dict里面的引用为强引用

再看下面一个例子,直接报错,搞明白原因了吗?

代码语言:javascript
复制
>>> import weakref
>>>
>>> class C:
...     def __init__(self, value):
...             self.value = value
...
>>> def test_weak_value_dict():
...     d= weakref.WeakValueDictionary()
...     k1 = 'test1'
...     d[k1] = C(1)
...     print(d[k1])
...
>>> test_weak_value_dict()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 5, in test_weak_value_dict
  File "C:\Users\ASUS\Anaconda3\lib\weakref.py", line 137, in __getitem__
    o = self.data[key]()
KeyError: 'test1'

为什么报错:keyerror?

因为这条记录已经被删除了。为什么?

我们看对C(1)的引用有谁? 只有WeakValueDictionary()中的弱引用,根本没有强引用。

所以触发垃圾回收机制将C(1)销毁了,因此WeakValueDictionary()关于C(1)的记录也就删除了。

四、weakref.ref()weakref.proxy() 的区别

其实这两个只是使用上有稍微的区别,proxy()算是给用户提供一个更加简洁的接口,看下面的代码就懂了。

代码语言:javascript
复制
>>>
>>> import weakref
>>> class C:
...     def __init__(self, value):
...             self.value = value
>>> c_obj = C(1)
>>> ref = weakref.ref(c_obj)
>>> ref()
<__main__.C object at 0x000001793E5454A8>
>>> ref().value
1
>>>
>>> proxy = weakref.proxy(c_obj)
>>> proxy
<weakproxy at 0x000001793DF55CC8 to C at 0x000001793E5454A8>
>>> proxy.value
1

我们在使用weak.ref时,返回值ref,需要执行ref()才是弱引用的对象,ref() 相当于 c_obj

weakref.proxy的返回值直接就是弱引用的对象,返回值proxy直接相当于c_obj

———————————————— 版权声明:本文为CSDN博主「NeverLate_gogogo」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接:https://blog.csdn.net/NeverLate_gogogo/article/details/107021695

本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2021-05-31 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 作者个人站点/博客 前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 前言
  • 一、变量
    • 1.1 变量是什么?
      • 1.2 ==和is之间的比较
      • 二、del与垃圾回收机制
      • 三、弱引用
        • 3.1 弱引用是什么?
          • 3.2 弱引用介绍与使用
            • 3.3 弱引用使用举例
            • 四、weakref.ref() 和weakref.proxy() 的区别
            领券
            问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档