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 、網易游戲 、螞蟻金服 等互聯網公司。

經過多年的摸爬滾打，我對 Python 開發有一些自己的體會，深知源碼研究的意義。我就職于網易游戲時，曾在內部開展 Python源碼剖析 系列技術分享，收獲頗多。

此外，我從 2014 年便開始參與公司技術人才的招聘工作，經常在面試中考察候選人對 Python 內部原理的理解，發現源碼是區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，因而與工作機會無緣，非?？上?。

隨著人工智能等技術的興起，Python 正風靡世界！最新的 TIOBE 編程語言排行榜上，Python 已經穩居前 3 位！正如硬幣的兩面，這對 Python 工程師來說既意味著 機遇 ，也帶來一些 挑戰 。

一方面，采用 Python 技術棧的公司越來越多，掌握 Python 的工程師不愁沒有工作機會。

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。

不少初學者覺得，能用 Python 完成開發需求就行了，沒必要深入學習。這個觀點是非常錯誤的，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行，實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、運行機制、算法原理、操作系統環境等等，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，甚至引發性能故障，嚴重影響個人業績。

歸根到底，還是在底層原理上吃虧。不管學習什么技術，淺嘗輒止肯定是不行的。因此，要么滿足于 Python 語法，淪為 API 調用俠；要么，徹底掌握 Python 的內部原理。

研究過源碼的我，深知這其中的艱辛——成千上萬行代碼，多少個日日夜夜以及筆記本里的一個個草圖……如果能夠將心得分享出來，相信對后來者會有所幫助。因此，當慕課網的老師跟我溝通時，我們一拍即合。

那么，這個專欄都介紹些什么內容呢？

第一部分， 開篇 。討論源碼學習對提升開發能力的重要意義，結合“小菜”的經歷介紹 Python 工程師的成長歷程。

第二部分， 對象模型 。介紹 Python 面向對象理論體系，明確“ 類 ”和“ 對象 ”在 Python 中的表現形式。通過源碼，分析對象的 內存布局 ，研究對象的 生命周期 ，初步揭開對象的面紗。

第三部分， 內建對象 。涵蓋 float 、int 、 bytes 、str 、list 、dict 等內建對象的實現細節，重點突出每種對象的 數據結構 以及背后的 算法思想 ，并結合 工程實踐 講解內建對象的 妙用 。

第四部分， 虛擬機 。先介紹 Python 程序的執行過程以及 字節碼 的結構；然后介紹 Python 虛擬機 的運行機制，以及 名字空間 等運行時上下文；最后講解 GIL 全局鎖 對虛擬機的影響并探索應對之策。

第五部分， 函數機制 。探索函數從 代碼 轉化成函數 對象 的所有步驟，并以 Python 代碼模仿這個過程。重點講解 嵌套函數 、 閉包 以及 裝飾器 這些面試必問概念，并結合工程實踐介紹 函數式編程 和 裝飾器 的高級用法。

第六部分， 類機制 。探索類從 代碼 轉化為 類 對象進而創建 實例 對象的所有步驟，并以 Python 代碼進行模擬。重點講解 繼承機制 、 屬性查找 等高頻面試知識點，以及 魔術方法 、 元類 在程序開發中的妙用。

第七部分， 生成器與協程 。討論 生成器 的高級用法，并以 字節碼 講解它的運行原理。基于 生成器 ，動手設計一個協程庫，加深對協程運行機制的理解。結合工程實踐，講解用 asyncio 構建 高并發應用 的技巧。

第八部分， 內存管理機制 。結合 Python 特色全面講解 內存池 、 引用計數 、 標記刪除 、 分代回收 等關鍵技術。理論聯系實際，以一個真實案例介紹工程實踐中排查并解決 內存泄露 問題的方法論。

第九部分， 總結 ?；仡檶趦热?，在讀懂 Python 基礎上，追求有 Python 格調 的代碼設計技巧。

那么，學習本專欄學要具備哪些基礎知識呢？

基本的 Python 開發能力是必須的，不需要特別深入，能獨立編寫程序即可。有一定的 C 語言基礎更好，沒有也不打緊。專欄從最簡單的源碼入手，逐步深入，并在必要地方補充介紹相關 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節，總體通俗易懂。

此外，專欄附帶大量的圖表，詳盡地描繪了 Python 內部各種數據結構間的關系。例如，list 對象的內部結構圖：

相信在這些圖表的幫助下，你可以輕松地理解原本很深奧的源碼。雖然繪制這些圖表花了我大量的時間，但這一切都是值得的。希望我一個人的時間付出，能幫更多的人節約學習時間，起到事半功倍的效果。誠如是，則不勝榮幸！

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

源碼之前，了無秘密！與諸君共勉！