Python weakref模块完全指南：掌握弱引用技术优化内存管理

什么是弱引用？

弱引用(Weak Reference)是一种特殊引用，不会阻止垃圾回收器回收对象。当对象只被弱引用时，Python内存管理系统会自动回收该对象。

weakref核心功能解析

1. 基础弱引用 (weakref.ref)

import weakref

class Data:
    def __init__(self, value):
        self.value = value

# 创建对象
obj = Data(100)

# 创建弱引用
weak_ref = weakref.ref(obj)

# 通过弱引用访问对象
print(weak_ref().value)  # 输出: 100

# 删除强引用
del obj

# 对象被回收后弱引用返回None
print(weak_ref())  # 输出: None

2. 代理对象 (weakref.proxy)

obj = Data(200)
proxy = weakref.proxy(obj)

# 直接使用代理对象
print(proxy.value)  # 输出: 200

del obj
try:
    print(proxy.value)  # 抛出ReferenceError异常
except ReferenceError:
    print("对象已被回收")

3. 弱引用集合

WeakValueDictionary (值弱引用字典)

from weakref import WeakValueDictionary

cache = WeakValueDictionary()

class Image:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

img1 = Image('background.jpg')
cache['bg'] = img1

print(cache['bg'].name)  # 输出: background.jpg

# 删除强引用后自动清除
del img1
print('bg' in cache)  # 输出: False

WeakSet (弱引用集合)

from weakref import WeakSet

active_connections = WeakSet()

class Connection:
    def __init__(self):
        active_connections.add(self)

conn = Connection()
print(len(active_connections))  # 输出: 1

del conn
print(len(active_connections))  # 输出: 0

解决循环引用问题

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self._parent = None
        self.children = []

    @property
    def parent(self):
        return self._parent() if self._parent else None

    @parent.setter
    def parent(self, node):
        self._parent = weakref.ref(node)

# 创建节点
parent = Node('parent')
child = Node('child')

# 建立双向关联（避免循环引用）
child.parent = parent
parent.children.append(child)

# 删除父节点后子节点自动解除关联
del parent
print(child.parent)  # 输出: None

使用注意事项

• 内置类型限制：list、dict等内置类型不能直接创建弱引用
• 代理对象安全：使用proxy需捕获ReferenceError异常
• 生命周期管理：避免在回调函数中操作已回收对象
• 性能考量：高频访问场景建议使用weakref.ref

实际应用场景

1. 对象缓存系统：自动清理不再使用的缓存对象
2. 资源管理器：跟踪资源使用状态而不阻止回收
3. 观察者模式：实现非侵入式的对象监听
4. 树形结构：解决父子节点循环引用问题