weakref — Referencias débiles

Código Fuente: Lib/weakref.py


El módulo weakref le permite al programador de Python crear referencias débiles<weak references> a objetos.

A continuación, el término referente alude al objeto que es referenciado por una referencia débil.

Una referencia débil a un objeto no es suficiente para mantener al objeto con vida: cuando las únicas referencias que le queden a un referente son referencias débiles, la (recolección de basura) es libre de destruir al referente y reusar su memoria para algo más. Sin embargo, hasta que el objeto no sea realmente destruido, la referencia débil puede retornar el objeto incluso si no tiene referencias fuertes.

Un uso principal para las referencias débiles es para implementar caches o mapeados que mantienen objetos grandes, cuando no se desea que un objeto grande no sea mantenido con vida sólo porque aparece en un cache o mapeado.

Por ejemplo, si tienes un número de grandes objetos de imágenes binarias, puedes desear asociar un nombre con cada uno. Si usaras un diccionario de Python para mapear los nombres a imágenes, o imágenes a nombres, los objetos imagen quedarían con vida sólo porque aparecen como valores o llaves en los diccionarios. Las clases WeakKeyDictionary y WeakValueDictionary que se proporcionan por el módulo weakref son una alternativa, usando referencias débiles para construir mapeados que no mantengan con vida el objeto sólo porque aparecen en el mapeado de objetos. Si, por ejemplo, un objeto imagen es un valor en un WeakValueDictionary, entonces cuando las últimas referencias que queden de ese objeto imagen sean las referencias débiles guardadas por mapeados débiles, la recolección de basura puede reclamar el objeto, y sus entradas correspondientes en mapeados débiles son simplemente eliminadas.

WeakKeyDictionary y WeakValueDictionary usan referencias débiles en sus implementaciones, estableciendo retrollamadas (callback) en las referencias débiles que notifiquen a los diccionarios débiles cuando una llave o valor ha sido reclamado por la recolección de basura. WeakSet implementa la interfaz set, pero mantiene referencias débiles de sus elementos, justo como lo hace WeakKeyDictionary.

finalize provee una forma directa de registrar una función de limpieza que se llame cuando un objeto es recogido por la recolección de basura. Esto es más simple que configurar una retrollamada en una referencia débil pura, ya que el módulo automáticamente se asegura que el finalizador se mantenga con vida hasta que el objeto sea recolectado.

La mayoría de programas deben descubrir que usar uno de estos tipos de contenedores débiles o la clase finalize es todo lo que necesitan – usualmente no es necesario crear tus propias referencias débiles directamente. La maquinaria de bajo nivel está expuesta por el módulo weakref para el beneficio de usuarios avanzados.

No todos los objetos pueden ser débilmente referenciados; esos objetos que pueden incluir instancias de clases, funciones escritas en Python (pero no en C), métodos de instancia, conjuntos, conjuntos congelados (frozensets), algunos objetos de archivo, generadores, objetos de tipos, sockets, arreglos, deques, objetos de patrones de expresiones regulares, y objetos código.

Distinto en la versión 3.2: Se añadió el soporte para thread.lock, threading.Lock, y objetos código.

Varios tipos incorporados como list y dict no soportan directamente referencias débiles pero pueden añadir soporte al crear una subclase:

class Dict(dict):
    pass

obj = Dict(red=1, green=2, blue=3)   # this object is weak referenceable

CPython implementation detail: Otros tipos incorporados como tuple y int no soportan referencias débiles incluso cuando son usadas como clase base.

Los tipos de extensiones se pueden hacer para soportar referencias débiles; véase Soporte de referencia débil.

class weakref.ref(object[, callback])

Retorna una referencia débil de object. El objeto original puede ser recuperado al llamar la referencia del objeto si el referente sigue con vida; si el referente ya no está con vida, llamar a la referencia del objeto causará que se retorne un None. Si se proporciona callback y no None, y el objeto weakref retornado aún sigue con vida, el callback será llamado cuando el objeto esté a punto de ser finalizado; el objeto de la referencia débil será pasado como el único parámetro a la retrollamada, el referente ya no estará disponible.

Se permite que muchas referencias débiles sean construidas por el mismo objeto. Las retrollamadas registradas por cada referencia débil serán llamados desde la retrollamada registrada más recientemente hasta la retrollamada registrada más antigua.

Las excepciones lanzadas por el callback serán anotadas en la salida de error estándar, pero no pueden ser propagadas; son manejadas igual que las excepciones lanzadas por el método __del__() de un objeto.

Las referencias débiles son hashable si el objet es mapeable. Ellos mantendrán su valor del hash incluso cuando el objet haya sido eliminado. Si hash() es llamado por primera vez sólo después de que object sea eliminado, la llamada lanzará un TypeError.

Las referencias débiles soportan pruebas para igualdad, pero no para ordenación. Si los referentes están todavía con vida, dos referencias tiene la misma relación de igualdad como sus referentes (sin importar el callback). Si un referente ha sido eliminado, las referencias son iguales sólo si el objetos de referencia son el mismo objeto.

Es un tipo del que se puede crear una subclase en vez de una función de fábrica.

__callback__

Este atributo de sólo lectura retorna la llamada que está asociada actualmente con el weakref. Si no hay retrollamadas o si el referente del weakref no está con vida entonces este atributo tendrá de valor None.

Distinto en la versión 3.4: Se añadió el atributo __callback__.

weakref.proxy(object[, callback])

Retorna un proxy a object que usa una referencia débil. Esto soporta el uso del proxy en la mayoría de los contextos en vez de requerir la dereferencia explícita usada con los objetos de referencia débil. El objeto retornado tendrá un tipo ProxyType o CallableProxyType, dependiendo si object es invocable. Objetos Proxy no son hashable independiente de la referencia; esto evita un número de problemas relacionados a su naturaleza mutable fundamental, y previene su uso como claves de diccionario. callback es el mismo como el parámetro del mismo nombre de la función ref().

Distinto en la versión 3.8: Se extendió el soporto de operadores en objetos proxy para incluir los operadores de multiplicación de matrices @ and @=.

weakref.getweakrefcount(object)

Retorna el número de referencias débiles y proxies que refieren a object.

weakref.getweakrefs(object)

Retorna una lista de todas las referencias débiles y objetos proxy que refieren a object.

class weakref.WeakKeyDictionary([dict])

Clase de mapeado que referencia llaves débilmente. Las entradas en el diccionario serán descartadas cuando no haya una referencia fuerte a la llave. Esto puede ser usado para asociar datos con un objeto apropiado por otras partes de una aplicación sin añadir atributos a esos objetos. Esto puede ser especialmente útil con objetos que sobre escriben atributos de acceso.

Distinto en la versión 3.9: Added support for | and |= operators, specified in PEP 584.

Los objetos WeakKeyDictionary tiene un método adicional que expone las referencias internas directamente. Las referencias no tienen garantía de estar con «vida» en el momento en que son usadas, por lo que el resultado de llamar las referencias necesita ser revisado antes de ser usado. Esto puede ser usado para evitar crear referencias que causen que recolector de basura mantenga las llaves en existencia más tiempo del que necesitan.

WeakKeyDictionary.keyrefs()

Retorna un iterable de las referencias débiles a las llaves.

class weakref.WeakValueDictionary([dict])

Clase de mapeado que referencia valores débilmente. Las entradas en el diccionario serán descartadas cuando ya no existan las referencias fuertes a los valores.

Distinto en la versión 3.9: Added support for | and |= operators, as specified in PEP 584.

Los objetos WeakValueDictionary tienen un método adicional que tiene los mismos problemas que el método keyrefs() de los objetos WeakyKeyDictionary.

WeakValueDictionary.valuerefs()

Retorna un iterable de las referencias débiles a los valores.

class weakref.WeakSet([elements])

Clase Conjunto que mantiene referencias débiles a sus elementos. Un elemento será descartado cuando ya no existan referencias fuertes.

class weakref.WeakMethod(method)

Una subclase ref personalizada que simula una referencia débil a un método vinculado (i.e., un método definido en una clase y visto en una instancia). Ya que un método atado es efímero, una referencia débil estándar no puede mantenerlo. El WeakMethod tiene un código especial para recrear el método atado hasta que o el objeto o la función original muera:

>>> class C:
...     def method(self):
...         print("method called!")
...
>>> c = C()
>>> r = weakref.ref(c.method)
>>> r()
>>> r = weakref.WeakMethod(c.method)
>>> r()
<bound method C.method of <__main__.C object at 0x7fc859830220>>
>>> r()()
method called!
>>> del c
>>> gc.collect()
0
>>> r()
>>>

Nuevo en la versión 3.4.

class weakref.finalize(obj, func, /, *args, **kwargs)

Retorna un objeto finalizador invocable que será llamado cuando obj sea recolectado por el recolector de basura. A diferencia de referencias débiles ordinarias, un finalizador siempre sobrevivirá hasta que el objeto de referencia sea recolectado, simplificando enormemente la gestión del ciclo de vida.

Se considera a un finalizador como vivo hasta que sea llamado (o explícitamente o en la recolección de basura), y después que esté muerto. Llamar a un finalizador vivo retorna el resultado de evaluar func(*arg,**kwargs), mientras que llamar a un finalizador muerto retorna None.

Las excepciones lanzadas por retrollamadas de finalizadores durante la recolección de basura serán mostradas en la salida de error estándar, pero no pueden ser propagadas. Son gestionados de la misma forma que las excepciones lanzadas del método __del__() de un objeto o la retrollamada de una referencia débil.

Cuando el programa sale, cada finalizador vivo que quede es llamado a menos que su atributo atexit sea falso. Son llamados en el orden reverso de creación.

Un finalizador nunca invocará su retrollamada durante la última parte del interpreter shutdown cuando los módulos globales están sujetos a ser reemplazados por None.

__call__()

Si self está vivo entonces lo marca como muerto y retorna el resultado de llamar a func(*args,**kwargs). Si self está muerto entonces retorna None.

detach()

Si self está vivo entonces lo marca como muerto y retorna la tupla (obj, func, args, kwargs). Si self está muerto entonces retorna None.

peek()

Si self está vivo entonces retorna la tupla (obj, func, args, kwargs). Si self está muerto entonces retorna None.

alive

Propiedad que es verdadera si el finalizador está vivo, caso contrario, falso.

atexit

Una propiedad booleana con permisos de escritura que por defecto es verdadero. Cuando el programa sale, llama a todos los finalizadores vivos que queden para los cuales atexit es verdadero. Ellos son llamados en el orden reverso de creación.

Nota

Es importante asegurar que func, args y kwargs no sean dueños de ninguna referencia a obj, o directamente o indirectamente, ya que de otra manera obj nunca será recolectado por el recolector de basura. En particular, func no debe ser un método vinculado de obj.

Nuevo en la versión 3.4.

weakref.ReferenceType

El objeto de tipo para objetos de referencias débiles.

weakref.ProxyType

El objeto de tipo para proxies de objetos que no son invocables.

weakref.CallableProxyType

El objeto de tipo para proxies de objetos invocables.

weakref.ProxyTypes

Una secuencia que contiene todos los objetos de tipo para los proxies. Esto puede hacerlo más simple para pruebas si un objeto es un proxy sin ser dependiente en nombrar a ambos tipos proxy.

Ver también

PEP 205 - Referencias Débiles

La propuesta y lógica de esta característica, incluyendo los enlaces a implementaciones tempranas e información acerca de características similares en otros lenguajes.

Objetos de Referencias Débiles

Los objetos de referencias débiles no tiene métodos y atributos aparte de ref.__calback__. Un objeto de referencia débil permite que el referente sea obtenido, si todavía existe, al llamarlo:

>>> import weakref
>>> class Object:
...     pass
...
>>> o = Object()
>>> r = weakref.ref(o)
>>> o2 = r()
>>> o is o2
True

Si el referente no existe, llamar al objeto de referencia retorna None:

>>> del o, o2
>>> print(r())
None

Probar que un objeto de referencia débil está todavía con vida debe ser hecho usando la expresión ref() is not None. Normalmente, el código de aplicación que necesite usar un objeto de referencia debe seguir este patrón:

# r is a weak reference object
o = r()
if o is None:
    # referent has been garbage collected
    print("Object has been deallocated; can't frobnicate.")
else:
    print("Object is still live!")
    o.do_something_useful()

Usar una prueba separada para «vividad» crea una condición de carrera en aplicaciones con hilos; otro hilo puede hacer que una referencia débil sea invalidada antes de que la referencia débil sea llamada; El modismo mostrado arriba es seguro en aplicaciones con hilos también como aplicaciones de un sólo hilo.

Versiones especializadas de objetos ref pueden ser creadas a través de creación por subclase. Esto es usado en la implementación de WeakValueDictionary para reducir la memoria elevada por cada entrada en el mapeado. Esto puede ser lo más útil para asociar información adicional con un referencia, pero también puede ser usado para insertar procesamiento adicional en llamadas para recuperar el referente.

Este ejemplo muestra como una subclase de ref puede ser usado para guardar información adicional sobre un objeto y afectar el valor que se retorna cuando el referente es accedido:

import weakref

class ExtendedRef(weakref.ref):
    def __init__(self, ob, callback=None, /, **annotations):
        super().__init__(ob, callback)
        self.__counter = 0
        for k, v in annotations.items():
            setattr(self, k, v)

    def __call__(self):
        """Return a pair containing the referent and the number of
        times the reference has been called.
        """
        ob = super().__call__()
        if ob is not None:
            self.__counter += 1
            ob = (ob, self.__counter)
        return ob

Ejemplo

Este simple ejemplo muestra como una aplicación puede usar objetos ID para recuperar objetos que han sido visto antes. Los ID de los objetos pueden ser usados en otras estructuras de datos sin forzar que los objetos permanezcan con vida, pero los objetos pueden aún pueden ser recuperados por el ID si lo hacen.

import weakref

_id2obj_dict = weakref.WeakValueDictionary()

def remember(obj):
    oid = id(obj)
    _id2obj_dict[oid] = obj
    return oid

def id2obj(oid):
    return _id2obj_dict[oid]

Objetos Finalizadores

El principal beneficio de usar finalize es que hace simple registrar una retrollamada sin necesitar preservar el objeto finalizador retornado. Por ejemplo

>>> import weakref
>>> class Object:
...     pass
...
>>> kenny = Object()
>>> weakref.finalize(kenny, print, "You killed Kenny!")  
<finalize object at ...; for 'Object' at ...>
>>> del kenny
You killed Kenny!

El finalizador puede ser llamado directamente también. Sin embargo, el finalizador invocará la retrollamada como máximo una vez.

>>> def callback(x, y, z):
...     print("CALLBACK")
...     return x + y + z
...
>>> obj = Object()
>>> f = weakref.finalize(obj, callback, 1, 2, z=3)
>>> assert f.alive
>>> assert f() == 6
CALLBACK
>>> assert not f.alive
>>> f()                     # callback not called because finalizer dead
>>> del obj                 # callback not called because finalizer dead

Puedes de-registrar un finalizador usando su método detach(). Esto mata el finalizador y retorna los argumentos pasados al constructor cuando fue creado.

>>> obj = Object()
>>> f = weakref.finalize(obj, callback, 1, 2, z=3)
>>> f.detach()                                           
(<...Object object ...>, <function callback ...>, (1, 2), {'z': 3})
>>> newobj, func, args, kwargs = _
>>> assert not f.alive
>>> assert newobj is obj
>>> assert func(*args, **kwargs) == 6
CALLBACK

A menos que pongas el atributo atexit a False, un finalizador será llamado cuando el programa salga si todavía está con vida. Por ejemplo

>>> obj = Object()
>>> weakref.finalize(obj, print, "obj dead or exiting")
<finalize object at ...; for 'Object' at ...>
>>> exit()
obj dead or exiting

Comparando finalizadores con los métodos __del__()

Suponga que queremos crear una clase cuyas instancias representan directorios temporales. Los directorios deben ser eliminados con sus contenidos cuando el primero de los siguiente eventos ocurre:

  • el objeto es recolectado por el recolector de basura,

  • el método remove() del objeto es llamado, o

  • el programa sale.

Nosotros podemos intentar implementar la clase usando el método __del__() como sigue:

class TempDir:
    def __init__(self):
        self.name = tempfile.mkdtemp()

    def remove(self):
        if self.name is not None:
            shutil.rmtree(self.name)
            self.name = None

    @property
    def removed(self):
        return self.name is None

    def __del__(self):
        self.remove()

Empezando con Python 3.4, Los métodos __del__() ya no previenen ciclos de referencia de ser recolectado como basura, y los módulos globales ya no fuerzan None durante interpreter shutdown. Por lo que este código debe trabajar sin ningún problema en CPython.

Sin embargo, la gestión de métodos __del__() es notoriamente específico por la implementación, ya que depende de detalles internos de la implementación del recolector de basura del intérprete.

Una alternativa más robusta puede ser para definir un finalizador que sólo hace referencia a funciones específicas y objetos que necesite, en vez de tener acceso al estado completo del objeto:

class TempDir:
    def __init__(self):
        self.name = tempfile.mkdtemp()
        self._finalizer = weakref.finalize(self, shutil.rmtree, self.name)

    def remove(self):
        self._finalizer()

    @property
    def removed(self):
        return not self._finalizer.alive

Definido así, nuestro finalizador sólo recibe una referencia a los detalles que necesita limpiar los directorios apropiadamente. Si el objeto nueva llega a ser recolectado como basura el finalizador aún será llamado al salir.

La otra ventaja de weakref basados en finalizadores es que ellos pueden ser usados para registrar finalizadores para clases donde la definición es controlado por terceros, como un código que corre cuando un módulo es unloaded:

import weakref, sys
def unloading_module():
    # implicit reference to the module globals from the function body
weakref.finalize(sys.modules[__name__], unloading_module)

Nota

Si creas un objeto finalizador en un hilo daemon sólo como el programa sale entonces hay la posibilidad de que el finalizador no llegue a ser llamado. Sin embargo, en un hilo demoníaco atexit.register(), try: ... finally: ... y with: ... no garantizan que la limpieza ocurra tampoco.