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不要在Python 3中缓存Exception对象

灵剑 人气:0

​​Python 3有一个不太容易被注意到的改进:异常对象现在有了一个新的属性__traceback__。这个属性自动保存了traceback列表,当每次这个异常被重新raise出来的时候,会自动在__traceback__中追加一条记录。这个功能对于异步编程来说非常有帮助:在另一个线程或者协程中抛出的异常,被捕获、传输到其他地方,再重新抛出来的时候,不仅最初的traceback得以保留,每次被重新抛出的记录也都会保留下来,这样异常的traceback就可以提供很细致的信息。

说完了好处,再来说这个新功能导致的问题:exception对象现在是一个可变的对象了,每次raise都会修改这个对象。如果将一个exception对象抛出多次,就会保留每次抛出的traceback,可能导致的结果包括:错误的堆栈信息;意外地破坏了运行数据;内存泄漏等等。

举例:

堆栈信息错误很好理解,举一个意外破坏运行数据的例子:

import asyncio
import unittest

async def it(raise_, ignore=True):
    yield 1
    if not ignore:
        await asyncio.sleep(0.01)

    try:
        raise ValueError('test2') from raise_
    except Exception:
        import traceback
        traceback.print_exc()
        if ignore:
            pass
        else:
            raise
    await asyncio.sleep(0.1)
    yield 2


class MyTest(unittest.TestCase):
    def test(self):
        try:
            raise ValueError('testerror')
        except ValueError as e:
            exc = e
        async def task1():
            with self.assertRaises(ValueError):
                async for i in it(exc, False):
                    print("task1: ", i)


        async def task2():
            async for i in it(exc, True):
                print("task2: ", i)


        async def main():
            t1 = asyncio.ensure_future(task1())
            t2 = asyncio.ensure_future(task2())
            await t1
            await t2
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(main())

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

运行这段代码,你会很惊讶地发现本来应该很快结束的程序居然卡住了。原因在于assertRaises这个unittest库中的函数,为了在保存单元测试结果的过程中不要占用太多内存,所以在保存异常时强制清空了异常堆栈中的locals变量。然而因为这个异常同时在两个Task中被使用,assertRaises捕获到的异常堆栈中,还有尚未退出的协程的堆栈,清空了这个协程的堆栈会导致这个协程没有办法继续正常执行下去,进一步导致相应的Future没有人设置,等待这个Future的过程就无法正常结束了。

再举一个内存泄漏的例子:这个例子不在用户代码里,而在PyPy3 6.0版本的解释器里。在PyPy3中,为了提高运行速度,关闭一个生成器使用的GeneratorExit对象被解释器缓存了起来,这导致每次调用生成器的close方法时,当前close的生成器的frame都被保存到了这个global对象里,导致了生成器对象和frame对象都无法被GC回收,产生了严重的内存泄漏。

下面这段代码在PyPy 3中会迅速耗尽系统内存,而在CPython 3中则没有问题:

def test():
    yield 1
 
while True:
    t = test()
    t.close()


结论:

在Python 3中,最佳实践是:

第三点的一个特例是asyncio中的Future对象,如果一个Future被await了多次,而这个Future抛出了异常,就会出现第三种情形,此时堆栈信息可能会混乱。

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