和许多其它的高级语言一样，Python使用了垃圾回收器来自动销毁那些不再使用的对象。每个对象都有一个引用计数，当这个引用计数为0时Python能够安全地销毁这个对象。
引用计数会记录给定对象的引用个数，并在引用个数为零时收集该对象。由于一次仅能有一个对象被回收，引用计数无法回收循环引用的对象。
一组相互引用的对象若没有被其它对象直接引用，并且不可访问，则会永久存活下来。一个应用程序如果持续地产生这种不可访问的对象群组，就会发生内存泄漏。
在对象群组内部使用弱引用（即不会在引用计数中被计数的引用）有时能避免出现引用环，因此弱引用可用于解决循环引用的问题。
在计算机程序设计中，弱引用，与强引用相对，是指不能确保其引用的对象不会被垃圾回收器回收的引用。一个对象若只被弱引用所引用，则可能在任何时刻被回收。弱引用的主要作用就是减少循环引用，减少内存中不必要的对象存在的数量。
使用weakref模块，你可以创建到对象的弱引用，Python在对象的引用计数为0或只存在对象的弱引用时将回收这个对象。
创建弱引用
你可以通过调用weakref模块的ref(obj[,callback])来创建一个弱引用，obj是你想弱引用的对象，callback是一个可选的函数，当因没有引用导致Python要销毁这个对象时调用。回调函数callback要求单个参数（弱引用的对象）。
一旦你有了一个对象的弱引用，你就能通过调用弱引用来获取被弱引用的对象。
>>>> import sys
>>> import weakref
>>> class Man:
def __init__(self,name):
print self.name = name
>>> o = Man('Jim')
>>> sys.getrefcount(o)
2
>>> r = weakref.ref(o) # 创建一个弱引用
>>> sys.getrefcount(o) # 引用计数并没有改变
2
>>> r
<weakref at 00D3B3F0; to 'instance' at 00D37A30> # 弱引用所指向的对象信息
>>> o2 = r() # 获取弱引用所指向的对象
>>> o is o2
True
>>> sys.getrefcount(o)
3
>>> o = None
>>> o2 = None
>>> r # 当对象引用计数为零时，弱引用失效。
<weakref at 00D3B3F0; dead>de>
上面的代码中，我们使用sys包中的getrefcount()来查看某个对象的引用计数。需要注意的是，当使用某个引用作为参数，传递给getrefcount()时，参数实际上创建了一个临时的引用。因此，getrefcount()所得到的结果，会比期望的多1。
一旦没有了对这个对象的其它的引用，调用弱引用将返回None，因为Python已经销毁了这个对象。 注意：大部分的对象不能通过弱引用来访问。
weakref模块中的getweakrefcount(obj)和getweakrefs(obj)分别返回弱引用数和关于所给对象的引用列表。
弱引用对于创建对象(这些对象很费资源)的缓存是有用的。
创建代理对象
代理对象是弱引用对象，它们的行为就像它们所引用的对象，这就便于你不必首先调用弱引用来访问背后的对象。通过weakref模块的proxy(obj[,callback])函数来创建代理对象。使用代理对象就如同使用对象本身一样：
import weakref
class Man:
def __init__(self, name):
self.name = name
def callback(self):
print "callback"
o = Man('Jim')
p = weakref.proxy(o, callback)
p.test()
o = None
callback参数的目的和ref函数相同。在Python删除了一个引用的对象之后，使用代理将会导致一个weakref.ReferenceError错误。
循环引用
前面说过，使用弱引用，可以解决循环引用不能被垃圾回收的问题。
首先我们看下常规的循环引用，先创建一个简单的Graph类，然后创建三个Graph实例：
# -*- coding:utf-8 -*-
import weakref
import gc
from pprint import pprint
class Graph(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
self.other = None
def set_next(self, other):
print "%s.set_next(%r)" % (self.name, other)
self.other = other
def all_nodes(self):
yield self
n = self.other
while n and n.name !=self.name:
yield n
n = n.other
if n is self:
yield n
return
def __str__(self):
return "->".join(n.name for n in self.all_nodes())
def __repr__(self):
return "<%s at 0x%x name=%s>" % (self.__class__.__name__, id(self), self.name)
def __del__(self):
print "(Deleting %s)" % self.name
def collect_and_show_garbage():
print "Collecting..."
n = gc.collect()
print "unreachable objects:", n
print "garbage:",
pprint(gc.garbage)
def demo(graph_factory):
print "Set up graph:"
one = graph_factory("one")
two = graph_factory("two")
three = graph_factory("three")
one.set_next(two)
two.set_next(three)
three.set_next(one)
print
print "Graph:"
print str(one)
collect_and_show_garbage()
print
three = None
two = None
print "After 2 references removed"
print str(one)
collect_and_show_garbage()
print
print "removeing last reference"
one = None
collect_and_show_garbage()
gc.set_debug(gc.DEBUG_LEAK)
print "Setting up the cycle"
print
demo(Graph)
print
print "breaking the cycle and cleaning up garbage"
print
gc.garbage[0].set_next(None)
while gc.garbage:
del gc.garbage[0]
print collect_and_show_garbage()
这里使用了python的gc库的几个方法， 解释如下：
- gc.collect() 收集垃圾
- gc.garbage 获取垃圾列表
- gc.set_debug(gc.DBEUG_LEAK) 打印无法看到的对象信息
运行结果如下：
Setting up the cycle
Set up graph:
one.set_next(<Graph at 0x25c9e70 name=two>)
two.set_next(<Graph at 0x25c9e90 name=three>)
three.set_next(<Graph at 0x25c9e50 name=one>)
Graph:
one->two->three->one
Collecting...
unreachable objects:g 0
garbage:[]
After 2 references removed
one->two->three->one
Collecting...
unreachable objects: 0
garbage:[]
removeing last reference
Collecting...
unreachable objects: 6
garbage:[<Graph at 0x25c9e50 name=one>,
<Graph at 0x25c9e70 name=two>,
<Graph at 0x25c9e90 name=three>,
{'name': 'one', 'other': <Graph at 0x25c9e70 name=two>},
{'name': 'two', 'other': <Graph at 0x25c9e90 name=three>},
{'name': 'three', 'other': <Graph at 0x25c9e50 name=one>}]
breaking the cycle and cleaning up garbage
one.set_next(None)
(Deleting two)
(Deleting three)
(Deleting one)
Collecting...
unreachable objects: 0
garbage:[]
None
[Finished in 0.4s]c: uncollectable <Graph 025C9E50>
gc: uncollectable <Graph 025C9E70>
gc: uncollectable <Graph 025C9E90>
gc: uncollectable <dict 025D3030>
gc: uncollectable <dict 025D30C0>
gc: uncollectable <dict 025C1F60>
从结果中我们可以看出，即使我们删除了Graph实例的本地引用，它依然存在垃圾列表中，不能回收。
接下来创建使弱引用的WeakGraph类：
class WeakGraph(Graph):
def set_next(self, other):
if other is not None:
if self in other.all_nodes():
other = weakref.proxy(other)
super(WeakGraph, self).set_next(other)
return
demo(WeakGraph)
结果如下：
Setting up the cycle
Set up graph:
one.set_next(<WeakGraph at 0x23f9ef0 name=two>)
two.set_next(<WeakGraph at 0x23f9f10 name=three>)
three.set_next(<weakproxy at 023F8810 to WeakGraph at 023F9ED0>)
Graph:
one->two->three
Collecting...
unreachable objects:Traceback (most recent call last):
File "D:\apps\platform\demo\demo.py", line 87, in <module>
gc.garbage[0].set_next(None)
IndexError: list index out of range
0
garbage:[]
After 2 references removed
one->two->three
Collecting...
unreachable objects: 0
garbage:[]
removeing last reference
(Deleting one)
(Deleting two)
(Deleting three)
Collecting...
unreachable objects: 0
garbage:[]
breaking the cycle and cleaning up garbage
[Finished in 0.4s with exit code 1]
上面的类中，使用代理来指示已看到的对象，随着demo()删除了对象的所有本地引用，循环会断开，这样垃圾回收期就可以将这些对象删除。
因此我们我们在实际工作中如果需要用到循环引用的话，尽量采用弱引用来实现。
缓存对象
ref和proxy都只可用与维护单个对象的弱引用，如果想同时创建多个对象的弱引用咋办？这时可以使用WeakKeyDictionary和WeakValueDictionary来实现。
WeakValueDictionary类，顾名思义，本质上还是个字典类型，只是它的值类型是弱引用。当这些值引用的对象不再被其他非弱引用对象引用时，那么这些引用的对象就可以通过垃圾回收器进行回收。
下面的例子说明了常规字典与WeakValueDictionary的区别。
# -*- coding:utf-8 -*-
import weakref
import gc
from pprint import pprint
gc.set_debug(gc.DEBUG_LEAK)
class Man(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
def __repr__(self):
return '<Man name=%s>' % self.name
def __del__(self):
print "deleting %s" % self
def demo(cache_factory):
all_refs = {}
print "cache type:", cache_factory
cache = cache_factory()
for name in ["Jim", 'Tom', 'Green']:
man = Man(name)
cache[name] = man
all_refs[name] = man
del man
print "all_refs=",
pprint(all_refs)
print
print "before, cache contains:", cache.keys()
for name, value in cache.items():
print "%s = %s" % (name, value)
print "\ncleanup"
del all_refs
gc.collect()
print
print "after, cache contains:", cache.keys()
for name, value in cache.items():
print "%s = %s" % (name, value)
print "demo returning"
return
demo(dict)
print
demo(weakref.WeakValueDictionary)
结果如下所示：
cache type: <type 'dict'>
all_refs={'Green': <Man name=Green>, 'Jim': <Man name=Jim>, 'Tom': <Man name=Tom>}
before, cache contains: ['Jim', 'Green', 'Tom']
Jim = <Man name=Jim>
Green = <Man name=Green>
Tom = <Man name=Tom>
cleanup
after, cache contains: ['Jim', 'Green', 'Tom']
Jim = <Man name=Jim>
Green = <Man name=Green>
Tom = <Man name=Tom>
demo returning
deleting <Man name=Jim>
deleting <Man name=Green>
deleting <Man name=Tom>
cache type: weakref.WeakValueDictionary
all_refs={'Green': <Man name=Green>, 'Jim': <Man name=Jim>, 'Tom': <Man name=Tom>}
before, cache contains: ['Jim', 'Green', 'Tom']
Jim = <Man name=Jim>
Green = <Man name=Green>
Tom = <Man name=Tom>
cleanup
deleting <Man name=Jim>
deleting <Man name=Green>
after, cache contains: []
demo returning
[Finished in 0.3s]
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