Python中globals对象的回收顺序分析

zhuyumu

　　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。

   
class person:
sum = 0
def __init__(self,name):
self.name=name
person.sum += 1
def __del__(self):
person.sum -= 1
print "%s is leaving" % self.name
a = person('a')
a2 = person('a2')
　　这段程序的预期的执行结果应该是"a is leaving"和"a2 is leaving"。但是实际上却出乎意料之外，实际的执行结果如下：
　　


a is leaving
Exception exceptions.AttributeError: "'NoneType' object has no attribute 'sum'" in
<bound method person.__del__ of <__main__.person instance at 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？
　　


    def __del__(self):
print globals()['person'] #1
person.sum -= 1
#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：
　　


__main__.person
None
Exception exceptions.AttributeError: "'NoneType' object has no attribute 'sum'"
in <bound method person.__del__ of <__main__.person instance at 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 not defined”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：
　　


class person:
sum = 0
def __init__(self,name):
self.name=name
person.sum += 1
def __del__(self):
#person.sum -= 1
self.__class__.sum -= 1 #1
#print "%s is leaving" % self.name
a = person('a')
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：
　　


['a', '__builtins__', '__file__', 'person', 'a2', '__name__', '__doc__'] 
　　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：static void 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：
　　


Py_XDECREF(f->f_back);
Py_DECREF(f->f_builtins);
Py_DECREF(f->f_globals);
Py_CLEAR(f->f_locals);
Py_CLEAR(f->f_trace);
Py_CLEAR(f->f_exc_type);
Py_CLEAR(f->f_exc_value);
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 function when
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：
　　


#ifdef Py_DEBUG
if (code == NULL || globals == NULL || !PyDict_Check(globals) ||
(locals != NULL && !PyMapping_Check(locals))) {
PyErr_BadInternalCall();
return NULL;
}
#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。
　　


static void
dict_dealloc(register dictobject *mp)
{
register dictentry *ep;
Py_ssize_t fill = mp->ma_fill;
PyObject_GC_UnTrack(mp);
Py_TRASHCAN_SAFE_BEGIN(mp)
for (ep = mp->ma_table; fill > 0; ep++) {
if (ep->me_key) {
--fill;
Py_DECREF(ep->me_key);  #
Py_XDECREF(ep->me_value); #仅仅只是引用计数减一
}
}
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 circumstances under which __del__() methods are invoked, exceptions that occur during their execution are ignored, and a warning is printed to sys.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 by the __del__() method may already have been deleted. For this reason, __del__() methods should do the absolute minimum needed to maintain external invariants. Starting with version 1.5, Python guarantees that globals whose name begins with a single underscore are deleted from their module before other globals are deleted; if no other references to such globals exist, this may help in assuring that imported modules are still available at the time when the __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。