為什么要鉆研 Python 源碼

大家好，我是 fasionchan ，資深 Python 工程師，曾就職于 騰訊 、網(wǎng)易游戲 、螞蟻金服 等互聯(lián)網(wǎng)公司。

經(jīng)過多年的摸爬滾打，我對 Python 開發(fā)有一些自己的體會(huì)，深知源碼研究的意義。我就職于網(wǎng)易游戲時(shí)，曾在內(nèi)部開展 Python源碼剖析 系列技術(shù)分享，收獲頗多。

此外，我從 2014 年便開始參與公司技術(shù)人才的招聘工作，經(jīng)常在面試中考察候選人對 Python 內(nèi)部原理的理解，發(fā)現(xiàn)源碼是區(qū)分度較大的話題之一。我見過不少候選人底層功底薄弱，知其然而不知其所以然，因而與工作機(jī)會(huì)無緣，非常可惜。

隨著人工智能等技術(shù)的興起，Python 正風(fēng)靡世界！最新的 TIOBE 編程語言排行榜上，Python 已經(jīng)穩(wěn)居前 3 位！正如硬幣的兩面，這對 Python 工程師來說既意味著 機(jī)遇 ，也帶來一些 挑戰(zhàn) 。

一方面，采用 Python 技術(shù)棧的公司越來越多，掌握 Python 的工程師不愁沒有工作機(jī)會(huì)。

另一方面，大量的工程師浩浩蕩蕩加入 Python 大軍，競爭日益激烈。如果你想要從眾人中脫穎而出，就必須拿出自己的看家本領(lǐng)。

不少初學(xué)者覺得，能用 Python 完成開發(fā)需求就行了，沒必要深入學(xué)習(xí)。這個(gè)觀點(diǎn)是非常錯(cuò)誤的，掌握語法只是萬里長征第一步。

程序能跑起來，并不意味著程序能高效地運(yùn)行，實(shí)際上這兩者有天壤之別。制約程序效率的因素很多，語言特性、運(yùn)行機(jī)制、算法原理、操作系統(tǒng)環(huán)境等等，只掌握皮毛顯然無法駕馭這些。

我見過不少初級工程師，開發(fā)出來的程序邏輯上沒有問題，但是性能低下。程序上線就承受巨大壓力，甚至引發(fā)性能故障，嚴(yán)重影響個(gè)人業(yè)績。

歸根到底，還是在底層原理上吃虧。不管學(xué)習(xí)什么技術(shù)，淺嘗輒止肯定是不行的。因此，要么滿足于 Python 語法，淪為 API 調(diào)用俠；要么，徹底掌握 Python 的內(nèi)部原理。

研究過源碼的我，深知這其中的艱辛——成千上萬行代碼，多少個(gè)日日夜夜以及筆記本里的一個(gè)個(gè)草圖……如果能夠?qū)⑿牡梅窒沓鰜恚嘈艑髞碚邥?huì)有所幫助。因此，當(dāng)慕課網(wǎng)的老師跟我溝通時(shí)，我們一拍即合。

那么，這個(gè)專欄都介紹些什么內(nèi)容呢？

第一部分， 開篇 。討論源碼學(xué)習(xí)對提升開發(fā)能力的重要意義，結(jié)合“小菜”的經(jīng)歷介紹 Python 工程師的成長歷程。

第二部分， 對象模型 。介紹 Python 面向?qū)ο罄碚擉w系，明確“ 類 ”和“ 對象 ”在 Python 中的表現(xiàn)形式。通過源碼，分析對象的 內(nèi)存布局 ，研究對象的 生命周期 ，初步揭開對象的面紗。

第三部分， 內(nèi)建對象 。涵蓋 float 、int 、 bytes 、str 、list 、dict 等內(nèi)建對象的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，重點(diǎn)突出每種對象的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 以及背后的 算法思想 ，并結(jié)合 工程實(shí)踐 講解內(nèi)建對象的 妙用 。

第四部分， 虛擬機(jī) 。先介紹 Python 程序的執(zhí)行過程以及 字節(jié)碼 的結(jié)構(gòu)；然后介紹 Python 虛擬機(jī) 的運(yùn)行機(jī)制，以及 名字空間 等運(yùn)行時(shí)上下文；最后講解 GIL 全局鎖 對虛擬機(jī)的影響并探索應(yīng)對之策。

第五部分， 函數(shù)機(jī)制 。探索函數(shù)從 代碼 轉(zhuǎn)化成函數(shù) 對象 的所有步驟，并以 Python 代碼模仿這個(gè)過程。重點(diǎn)講解 嵌套函數(shù) 、 閉包 以及 裝飾器 這些面試必問概念，并結(jié)合工程實(shí)踐介紹 函數(shù)式編程 和 裝飾器 的高級用法。

第六部分， 類機(jī)制 。探索類從 代碼 轉(zhuǎn)化為 類 對象進(jìn)而創(chuàng)建 實(shí)例 對象的所有步驟，并以 Python 代碼進(jìn)行模擬。重點(diǎn)講解 繼承機(jī)制 、 屬性查找 等高頻面試知識點(diǎn)，以及 魔術(shù)方法 、 元類 在程序開發(fā)中的妙用。

第七部分， 生成器與協(xié)程 。討論 生成器 的高級用法，并以 字節(jié)碼 講解它的運(yùn)行原理?；?生成器 ，動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)協(xié)程庫，加深對協(xié)程運(yùn)行機(jī)制的理解。結(jié)合工程實(shí)踐，講解用 asyncio 構(gòu)建 高并發(fā)應(yīng)用 的技巧。

第八部分， 內(nèi)存管理機(jī)制 。結(jié)合 Python 特色全面講解 內(nèi)存池 、 引用計(jì)數(shù) 、 標(biāo)記刪除 、 分代回收 等關(guān)鍵技術(shù)。理論聯(lián)系實(shí)際，以一個(gè)真實(shí)案例介紹工程實(shí)踐中排查并解決 內(nèi)存泄露 問題的方法論。

第九部分， 總結(jié) 。回顧專欄內(nèi)容，在讀懂 Python 基礎(chǔ)上，追求有 Python 格調(diào) 的代碼設(shè)計(jì)技巧。

那么，學(xué)習(xí)本專欄學(xué)要具備哪些基礎(chǔ)知識呢？

基本的 Python 開發(fā)能力是必須的，不需要特別深入，能獨(dú)立編寫程序即可。有一定的 C 語言基礎(chǔ)更好，沒有也不打緊。專欄從最簡單的源碼入手，逐步深入，并在必要地方補(bǔ)充介紹相關(guān) C 語言知識。大家不必恐懼 C 語言，專欄精心編排，并不拘泥于繁縟的代碼細(xì)節(jié)，總體通俗易懂。

此外，專欄附帶大量的圖表，詳盡地描繪了 Python 內(nèi)部各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。例如，list 對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

相信在這些圖表的幫助下，你可以輕松地理解原本很深?yuàn)W的源碼。雖然繪制這些圖表花了我大量的時(shí)間，但這一切都是值得的。希望我一個(gè)人的時(shí)間付出，能幫更多的人節(jié)約學(xué)習(xí)時(shí)間，起到事半功倍的效果。誠如是，則不勝榮幸！

著名技術(shù)作家侯捷在《STL源碼剖析》中說過：源碼之前，了無秘密。源碼就像武功秘籍，雖然有時(shí)難懂如天書；可一旦參透，便掌握絕世武功的奧妙！感恩學(xué)生時(shí)代花了無數(shù)日夜苦讀《STL源碼剖析》的自己！

源碼之前，了無秘密！與諸君共勉！