Python中的赋值语句是建立变量名与对象的引用关系，多个变量可以引用同一个对象，当对象的引用数归零时，可能会被当作垃圾回收。而弱引用即可以引用对象，又不会阻止对象被当作垃圾回收，因此这个特性非常适合用在缓存场景，当对象被当作垃圾回收时，其缓存信息会同步清除。

一、对象引用与垃圾回收

Python中的赋值语句不是创造对象而是建立引用关系，执行一个赋值语句时，如果对象不存在，则会先创建对象，然后建立变量与对象的引用关系。

下面赋值语句中，Python会先创建集合对象，让后建立变量名set1与对象的引用关系：

set1 = {1, 2, 3}

此时执行 set2 = set1，不会建立新的对象，而是建立变量名set2到集合对象的引用关系：

同样，del语句不是删除对象，而是删除引用关系，del set1只是删除了set1到集合对象的引用，而set2的引用依然存在，所以对象并不会被销毁：

del set1

每个对象都会统计有多少个引用指向自己，正是因为有引用对象才会存在。当对象的引用计数归零后，垃圾回收程序会将对象销毁并释放内存。

二、弱引用/weakref模块

所谓弱引用就是引用对象但是不增加引用计数，即弱引用关系不会妨碍对象被当做垃圾回收，但在实际销毁对象前，弱引用也能返回该对象。这种特性经常用在缓存场景，当对象在程序的其他地方被当垃圾回收后，缓存中对象也会自动删除。python中的weakref模块可以创建对象的弱引用。

2.1 weakref.ref 弱引用函数

weak.ref(object[, callback])创建对象的弱引用。可以通过调用weakref.ref的返回对象来获取其引用的内容，如果弱引用的对象还存在则返回引用对象，若不存在则返回None。若提供了回调函数callback，则在对象即将销毁时将调用回调函数，引用对象将作为回调函数的唯一参数，随后对象销毁。

示例：建立变量set1到集合{1, 2, 3}的弱引用，同时自定回调函数func，在对象销毁时打印"Object is gone!"提示我们：

def func(self):    #  自定义回调函数
    print("Object is gone!")

import weakref
set1 = {1, 2, 3}
wref = weakref.ref(set1, func)    # 建立弱引用关系

调用wref()可以获得其引用的对象：

wref()   

将变量名set1引用至其他对象，原集合对象引用计数归零将被销毁，同时打印了提示信息。通过再次调用wref()可以确定其引用对象已被销毁（返回None）：

set = 1
wref()

2.2 weakref.proxy 弱引用代理

weakref.proxy(object[, callback])创建一个弱引用的对象代理，代理不需要调用即可访问原对象内容：

import weakref
set1 = {1, 2, 3}
wref = weakref.proxy(set1) 

2.3 weakref.WeakValueDictionary 弱引用字典

WeakValueDictionary 是一个字典类，里面的值是对象的弱引用。当被引用的对象在程序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，因此非常适合用于缓存。

示例：假设程序中定义了一个类person用于存储姓名和工资信息，details保存了该类的2个实例：

class person:
    def __init__(self,name, salary):
        self.name = name
        self.salary = salary
    def __repr__(self):
        return 'Name:{} => Salary:{}.format(self.name, self.salary)'

details = [person('Vincent', 1000), person('Victor', 2000)]

在缓存中，可以定义一个弱引用字典来保存details中的内容：

weakdetails = weakref.WeakValueDictionary()
for detail in details:
    weakdetails[detail.name] = detail    # 建立实例和名称的弱引用

通过weakdetails.keys()可以看到其也引用了2个实例，假设程序中执行了del details[0] 将vincent的实例删除，再次调用weakdetails.keys()即可看到其中的键也自动删除了：

sorted(weakdetails.keys())
del details[0]    # 删除detials中的vincent实例
sorted(weakdetails.keys())    # weakdetails中的引用关系也同步删除了

和WeakValueDictionary对应的还有一个WeakKeyDictionary，其是键的弱引用，效果和上面类似，这里就不演示了。

2.4 weakref.finalize 终结器

weakref.finalize(obj, func, *arg, **args)返回一个终结器对象，即一个回调函数，在销毁对象时会被调用。使用finalize的主要好处是它能更简便的注册回调函数，而无需保留所返回的终结器对象。

a = {1,2,3}
weakref.finalize(a, print, 'Object a is gone!')    # 将终结器注册到变量a的对象上
a = 2    # 原集合被销毁，触发终结器回调函数

终结器对象在调用前都被视为存活状态（可通过.alive属性查询）。你也可以主动调用终结器，调用一次后则其死亡，对象销毁时只会调用存活状态的终结器（因此主动调用过的终结器不会触发）：

b = {4,5,6}
f = weakref.finalize(b, print, 'Object b is gone!')    # 注册终结器对象
f.alive    # 查询终结器存活状态
f()    # 显式调用终结器
f.alive   # 调用后状态变为死亡
b = 7     # 其注册对象销毁，但不会调用已死亡的终结器

三、弱引用的局限性

弱引用的应用对象存在局限性，并不是所有Python对象都可以作为弱引目标。例如列表(list)，字典(dict)，整型(int)，元组(tuple)对象不能作为弱引用的目标。

下面对列表对象创建弱引用，显示无法创建弱引用：

list1 = [1, 2, 3]
wref = weakref.ref(list1)

列表和字典可以通过创建子类来绕过此限制，下面Mylist为list的子类，其实例就可以被弱引用：

class Mylist(list):
    pass
list1 = Mylist([1, 2, 3])
wref = weakref.ref(list1)

但是对于int和tuple类型，即使通过子类，也无法建立弱引用：

class Myint(int):
    pass
a = Myint(1)
wref = weakref.ref(a)