我到Python虚拟机里逛了一圈，回来就被干掉了！

我出生在C盘一个很深的目录下，也不知道是谁把我放到这里的。 

我无事可干，整天就是睡觉，睡醒了就和我的邻居Account.class聊天，他曾经去过一次内存的Java虚拟机，不停地给我重复他的JVM奇遇记，什么陌生警察，什么虚拟机大楼，什么清理者，让我听得心痒痒的，也想来一次这样的冒险。

（码农翻身注：详情请移步《我是一个Java class》） 

他告诉我：冒险经历的开端是两个警察，你就等着他们来吧。 

这一天我正在睡觉，突然咣咣有人砸我房门。

我打开门一看，一高一矮两个陌生警察！我的冒险之旅要开场了。 

“你们是ClassLoader吧？”  我想起了Account.class告诉我，会有个叫ClassLoader的警察来装载。 

“什么ClassLoader? 我们Python不玩Java那一套！”  凶神恶煞的矮个子警察递上了工作证：“我是Python编译器，现在奉命对你的住处进行检查，有没有私藏pyc文件？”  

“pyc? 什么pyc?”  我感觉情节发展和Account.class说得明显不符。 

“别装了你！”  他四处查看，没一会儿，在一个叫做_pycache_的角落里拉出来一个叫做user.pyc的家伙，“敢说你没有私藏文件？”  

我真是惊呆了，我确实是user.py，这个pyc是什么时候藏在这里的。 

 “让我检查检查，” Python编译器拿着放大镜开始查看pyc这个家伙的二进制数据，“嗯，Magic Number是3394，是我们Python3.7编译出来的，不过从修改时间戳看，实在是太老了。” 

Python编译器刚说完，抽出手枪，砰的一声，就把这个pyc该干掉了， 他把头转向我：“现在，我对你重新编译。”  

可怜的pyc，连个台词都来不及说，就消失在空气中了。 

 “有个叫order.py 的文件 import了你，现在我们奉命带你去内存编译。”  Python编译器冷冰冰地说到。 

我很惊奇：“我们Python不是解释执行吗，怎么还要编译？”  

“真是无知，我们Python有虚拟机，执行的是字节码，是先编译，再解释执行！走，去内存编译。”  

两个警察不允许我带任何东西，便把我推上车，我们一起奔向内存。 

我觉得前途未卜，不会编译完以后把我也干掉吧？不能坐以待毙，一定得多了解信息。 

“警察大哥，你们是怎么找到我的？”  我小心地问那个高个警察。 

高个儿警察还算和蔼，挥了挥手中的一个本子：“我是Python解释器，我们会根据本子上记录的Python模块搜索规则来查找，你看，先从程序运行的当前目录找，然后从PYTHONPATH找，然后是python的安装设置相关的默认路径。” 

“瞧瞧，” 他指着本子说，“你就在C:\users\andy\temp\python\这个目录下。”  

我心说这和Java的ClassPath差不多。 

“原来如此，那为什么把那个pyc给枪毙了？”  我心里紧张，下意识地看了一眼开车的Python编译器。 

“编译一次挺花费时间的，所以就把字节码缓存到了pyc文件中，如果你的源码没有变化，下次就不用编译，直接执行了。否则，那个pyc文件就没用了。” 

我长出一口气，看来我的源码有改动！ 

“咱们怎么不用ClassLoader呢，我听说Java都是这么干的。”    

“说来话长，” 高个儿警察很有耐心，“他们Java最早的时候有个非常先进的理念，代码可以从网络下载，在本地的JVM的执行， 但是你怎么知道网上的那些代码有没有危害？所以就搞了一个沙箱机制，ClassLoader也分了层，Java的核心类（如java.lang.String）只能由最上层的ClassLoader来装载，防止别有用心的人写个同名的核心类搞破坏。”  

我点头：“奥，我们Python没有这样的需求，拿到源文件，编译后解释执行，也就不需要复杂的Class Loader了。” 

说话间，车子就开到了内存。 

Python编译器下车，把我的代码通通搬到内存，然后是一系列让人眼花缭乱的词法分析，语言分析， 形成抽象语法树，从抽象语法树中形成字节码，此处略去3000字不表。 

终于，他在内存中把我变成了二进制的字节码。 

“这是什么鬼？ ”

Python编译器说：“这就是pyc啊，就是PyCodeObject，编译一次累死人，我把这个PyCodeObject的对象保存到pyc文件中，下一次就不用编译了。” 

“我给你举个例子，”高个的Python解释器接口道，“在你的user.py中有这么一段代码

def add(a,b):        

    c = a + b    

    print(c) 

编译成PyCodeObject以后大概是这个样子：

（注：这里展示的只是一个片段，实际的PyCodeObject经常是一个复杂的嵌套接结构）

局部常量表中记录的是局部变量a,b,c 。

符号表中记录了程序引用的符号，如print等。 

字节码就是真正的指令了，这些指令会引用常量表和符号表。”

只是展示一个片段就这么复杂了，我懒得去看这么多的细节，心里想着按照Account.class的剧本，接下来就要去方法区了。

可是高个子的Python解释器说：“我们这儿没有方法区，Python的对象和数据结构都是保存在一个Heap中的，user.py，这是你的地址，你带着PyCodeObject到那里去吧，一会儿就有线程联系你了。” 

去Heap区的路上，我看到一队全副武装的士兵不停地在巡逻，时不时把一些对象拉出来，塞到车里，不用说，这些都是可怕的清理者。 

我仔细观察了一下，每个对象的头上都有一个引用计数，如果被使用，计数就会增加，不用就会减少，如果变成零，对不起，那就危险了。 

按照地址找到了格子间，我俩刚坐下来，桌子上的视频电话就响了。 

画面中，我看到一个编号为0x7954的线程坐在一个明亮的CPU车间里，他的面前是一个工作台，工作台上有一个深桶（后来知道这叫做栈）和一排小格子，还有一个引人注目的大锁，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，请把第一条指令给我说一下。”

我说：“c = a +b ”

“听不懂，你得给我说字节码。” 

我恍然大悟，赶紧从PyCodeObject中的字节码区域寻找：“LOAD_FAST    0 (a)” 

0x7594从编号为0的格子中找到了数字10， 也就是add函数的参数a 的值，放入栈中 

然后0x7594说：“下一条指令。” 

“LOAD_FAST    1 (b)” 

于是数字20被放入了栈中： 

然后是：BINARY_ADD， 这应该是个加法操作。 

0x7954迅速地把10，20都取出来，做了加法，把结果30放入栈中。 

最后是  ：STORE_FAST   2 (c) 

于是0x7954取出30，放到了编号为2的格子中 

看到这里， 我就明白了Account.class曾经说过JVM是个基于栈的虚拟机， 看来Python VM也是如此啊。 

不过既然都是虚拟机，为什么这里执行两个整数的加法操作(BINARY_ADD)会这么慢呢？ 

电话那头的0x7954似乎看透了我的心思：“我最烦这个BINARY_ADD指令了，Python是动态类型语言，运行期才知道具体类型，比如这段代码 

s1 = "hello" 

s2 = "world" 

s = s1 + s2 

编译后，底层的指令也是BINARY_ADD， 所以在执行这个指令的时候，还需要做类型判断，如果操作数是整数，就相加；如果操作数是字符串，就做连接；如果一个是整数，一个是字符串，我检查出来还得报错，我容易吗我！” 

看来静态类型也有好处，可以直接编译成对应的字节码，整数相加就是iadd，字符串连接是其他字节码，在运行时就不用判断参数类型了。 

执行的时间长了，我对这些字节码熟得都能背下来了，这里实在是无聊。 

0x7954执行完一条STORE_FAST指令以后，居然停了下来，我心中大喜，Account.class告诉过我，一旦停下来，那就是程序员要调试了，他们的一秒是我们的十多天，将会有个漫长的假期。

但是没有什么调试， 0x7954从工作台上抱起GIL这个大锁离开了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，必须得放弃这个GIL的锁，让别的线程使用CPU车间了。” 

我说：“不对啊，你这里有4个CPU车间（CPU core），你为什么不去别的车间执行？”  

“没办法，这是老大规定的，不管有多少个CPU车间，只有抢到GIL锁的哪个线程才能运行。” 

“这么多线程在等待GIL，这么多CPU车间空着，一核有难，多核围观，浪费啊，浪费！”  我不由得痛心疾首。 

不知道等了多久，0x7954又获得了GIL锁，进入CPU车间执行。 

我注意到一个特点，字节码中对print函数的调用特别特别多。 

程序员们怎么不调试呢？快乐假期怎么还不来呢？ 

0x7954说：“码农有三类 

1. 调试派，出了问题喜欢调试 

2. 输出派，不喜欢单步调试，喜欢通过print来输出信息 

3. 思考派，出了问题先在脑子中分析定位，然后再调试。

我看咱们这位Python程序员属于第二种。” 

这个程序员“去年”还调试Java呢，怎么到了Python这里就变成输出派了？我很疑惑。

代码终于执行完了，整个世界都消失了，我又回到了硬盘，正如Account.class所说，像做了一场梦一样。 

user.pyc热情地给我打招呼：“大哥回来了，你可千万别再改动了，你一改动我就完蛋。”  

我说：“我也不想改，一改我也活不成， 但是我也控制不了程序员啊......”

话还没说完，就感觉头上遭遇了一记暴击，我知道程序员动了我的源码，也许是修改了一个Bug，我知道自己要被新版本覆盖了。 

user.pyc喃喃自语：“完了，这么快就改了.....”  

这时候门外又响起了敲门声......