我出生在C盘的一个很深的目录里，不知道是谁把我放在这里的。闲来无事，整天睡觉，醒来就和邻居Account.class聊天，他曾经跑到内存里的一个Java虚拟机，不停的跟我重复他的JVM奇遇，什么奇葩警察，什么样的虚拟机搭建，什么样的cleaner，看得我心痒痒的，想来一场这样的冒险。他告诉我：冒险的开始是两个警察，你就等着他们来吧。1奇怪的警察那天我正在睡觉，突然有人敲我的门。我打开门，看到一高一矮两个陌生的警察！我的冒险即将开始。“你是ClassLoader吗？”记得Account.class告诉我会有一个叫ClassLoader的警察来加载。“什么ClassLoader？我们Python不玩Java！”恶狠狠的矮个警察递上工作证：“我是Python编译器，奉命查你住处，你是不是藏了什么pyc文件？”“pyc？什么pyc？”感觉剧情的发展明显和Account.class说的不一致。“别冒充你！”他环顾四周，过了一会儿，一个叫user.pyc的家伙从一个叫_pycache_的角落里拉了出来，“你敢说你没有私人文件吗？”我真的惊呆了，我做的是user.py，这个pyc什么时候藏在这里了。“让我查查查查，”Python编译器拿了放大镜开始查看pyc这家伙的二进制数据，“嗯，MagicNumber是3394，是我们Python3.7编译出来的，但是从修改时间戳，太旧了。”Python编译器刚说完，拔出手枪，砰的一声，该杀了这个pyc了，转头对我说：“现在，我给你重新编译。”可怜的pyc，来不及多说一句，消失在空气中。“一个叫order.py的文件导入了你，现在奉命带你去内存编译。”Python编译器冷冷的说道。我一惊：“我们的Python不是解释执行的吗？为什么还要编译呢？”“真是无知，我们的Python有一个执行字节码的虚拟机，先编译，再解释执行！去，去记忆，去编译。”两个警察不让我带东西，就把我推上了车，我们一起向回忆跑去。2、打听消息，感觉前途未卜。编译完你不会杀了我吧？不能坐以待毙，一定要多了解资料。“警察哥，你怎么找到我的？”我小心翼翼地问高个子警察。高个子警察还算友善，挥了挥手里的笔记本：“我是Python解释器，我们按照笔记本上记录的Python模块搜索规则进行搜索，你看，先从程序所在目录开始搜索运行，然后从中找到PYTHONPATH，然后进行python安装相关的默认路径设置。”“你看，”他指着笔记本说，“你在C:\users\andy\temp\python\目录下。”我认为这类似于Java的ClassPath。“原来如此，那你为什么要杀那个pyc？”我心里一紧张，下意识的看了一眼驱动中的Python编译器。》编译一次很费时间，所以我把字节码缓存在pyc文件里，如果你的源代码没有变化，下次就不用编译了，直接执行，不然pyc文件也没用。“我长长的松了一口气，看来我的源代码被改了！“为什么不用ClassLoader呢？听说Java就是这么干的。”有一个很高级的概念，代码可以从网上下载下来，在本地JVM中执行，但是怎么知道网上的代码是否有害呢？于是创建了沙盒机制，ClassLoader也分层，Java的核心类（如java.lang.String）只能由最顶层的ClassLoader来加载，防止别有用心的人写一个核心类重名造成损害。”我点点头：“哦，我们Python没有这样的要求，拿到源文件，编译解释执行后，就不需要复杂的ClassLoader了。”3编译和编译时说着，车子驶向了记忆。Python编译器下车把我的代码都搬进了内存，接着就是一系列眼花缭乱的词法分析，语言分析，形成抽象语法树，再由抽象语法树形成字节码，这里省略了3000字，没有表格.最后，他把我变成了内存中的二进制字节码。“这到底是什么？”Python编译器说：“这是pyc，即PyCodeObject，编译一次很累，我把这个PyCodeObject对象保存在pyc文件中，下次不用再编译了。”比如，”高大的Python解释器接口说道，“在你的user.py中，有这样一段代码defadd(a,b):c=a+bprint(c)编译成PyCodeObject后会是这个样子:(注：这里展示的只是一个片段，实际的PyCodeObject往往是一个复杂的嵌套连接结构）局部常量表记录了局部变量a,b,c。符号表记录了程序引用的符号，比如print等。字节码才是真正的指令，这些指令会引用常量表和符号表。”仅仅展示一个片段就这么复杂，我太懒得看这么多细节，心里想着跟着Account.class的脚本走，下一步就是去方法区了。可是高大的Python解释器说：“我们这里没有方法区，Python对象和数据结构存放在一个Heap中，user.py，这是你的地址，你可以带着PyCodeObject去那里，一会儿会有线程联系你。”4Execution在去Heap区的路上，只见一群全副武装的士兵马不停蹄地巡逻，时不时拉出一些东西塞进车里，不用说，这些都是Terriblecleaner。我仔细观察了一下，上面有引用计数每个对象的头部。如果使用，计数会增加，如果不使用使用，它会减少。如果它变成零，对不起，这很危险。我们根据地址找到了隔间。我们两个人刚坐下，桌上的可视电话就响了。在图片中，我看到一个编号为0x7954的线程坐在一个明亮的CPU车间里。他面前是一个工作台，上面有一个很深的水桶（后来才知道这叫栈）和一排小格子。有一把醒目的大锁，上面写着“GIL”。这个线程对我说：“我是线程0x7954，我们的老板Python解释器让我调用你的add函数，请告诉我第一条指令。”我说：“c=a+b”“听着我不明白，你必须告诉我字节码。”恍然大悟，赶紧从PyCodeObject中的字节码区查找：“LOAD_FAST0(a)”0x7594从0号格子里找到了数字10，也就是ad??d函数的参数a的值入栈，然后0x7594说：“下一条指令。”“LOAD_FAST1(b)”和数字20入栈：然后：BINARY_ADD，应该是加法运算。0x7954迅速取出10和20，相加，放入result30onthestack.Finally:STORE_FAST2(c)所以0x7954取出30放到编号为2的格子里，看到这里明白了Account.class曾经说过JVM是基于栈的虚拟机，看来那个PythonVM也是一样。。不过既然都是虚拟机，为什么两个整数相加（BINARY_ADD）在这里执行的这么慢？电话那头的0x7954好像看穿了我的心思：“我最烦这个BINARY_ADD指令，Python是动态类型语言，具体类型只知道n在运行时，比如编译完这段代码s1="hello"s2="world"s=s1+s2，底层指令也是BINARY_ADD，所以在执行这条指令的时候，需要进行类型判断。如果操作数是整数，就把它们相加；如果操作数是字符串，则进行连接；一个是整型，一个是字符串，你要转换，我容易吗！”看来静态类型也不错，可以直接编译成对应的字节码，整数的加法是iadd，和strings的连接都是其他字节码，所以运行时不需要判断参数类型。5GIL执行了好久了，这些字节码我都背得这么熟，这里真无聊。0x7954执行完一个STORE_FASTinstruction，居然停了，我喜出望外，account.class告诉我，一旦停了，就意味着程序员要debug了，他们的秒比我们的多十天，还有一个长假。但是没有任何调试，0x7954从工作台上拿起了GIL的大锁，离开了CPU车间。他对我说：“对不起，刚才Python解释器说我已经运行了100个ticks，我必须放弃这个GIL锁，让其他线程使用CPU车间。”我说：“不，你这里有4个刻度。”一个CPU车间（CPU核），怎么不去别的车间执行呢？”“不行，这是老大的规矩，不管有多少个CPU车间，只有抢到GIL锁的线程可以运行。”“那么多Threads在等GIL，那么多CPU车间是空的，一个核难，多核围观，浪费，浪费！”不禁心酸，不知如何等了很久，但是0x7954又拿到了GIL锁，进入了CPU车间执行，我注意到一个特点，就是字节码里面有很多调用print函数的地方，程序员为什么不debug，为什么不开心holidayscome?0x7954说：“码农分两种：1.调试者，出错了喜欢调试；输出信息3.思维派，有问题先在脑子里分析定位，和然后debug，我觉得我们的Python程序员属于第二种。这位程序员“去年”也调试过Java，他是怎么跑到Python的？变成出口大饼了？我很不解。6Epilogue代码终于执行了，整个世界都消失了，我回到了硬盘，如Account.class所说，如梦似幻。user.pyc热情的跟我打招呼：“哥回来了，你别再改了，你一改我就完了。”我说，“我不想改，改了我就活不下去了，但我也管不了程序员……”话还没说完，我就觉得有种挑剔的感觉吹在我的头上。我知道程序员动了我的源码，说不定是个bug修改。我知道我必须被新版本覆盖。user.pyc喃喃自语：“完了，这么快就变了……”这时，又是敲门声……【本文为专栏作家“刘鑫”原创稿件，转载，请通过作者微信获取授权公众号coderising】点此查看作者更多好文
