如何在对象终结阶段获取WeakSet的一致长度？

先看问题中的代码和现象：

基础代码：

import weakref
import gc

class A:
    pass

class Parent:
    def __init__(self, a):
        self.a = a

ws = weakref.WeakSet()
def finalizer(a):
    print(f"Finalizing {a}")
    print(f"Contents of the WeakSet: {ws}")
    print(f"List of elements in the WeakSet: {list(ws)}")
    print(f"Length of the WeakSet: {len(ws)}")

现象1：先加入WeakSet，再注册终结器 #

a = A()
p = Parent(a)
ws.add(p)
weakref.finalize(p, finalizer, a)

del p
gc.collect()

输出：

Finalizing <__main__.A object at 0x000001C2CA239310>
Contents of the WeakSet: {<weakref at 0x000001C2CA270090; dead>}
List of elements in the WeakSet: []
Length of the WeakSet: 1

现象2：先注册终结器，再加入WeakSet #

a = A()
p = Parent(a)
weakref.finalize(p, finalizer, a)
ws.add(p)

del p
gc.collect()

输出：

Finalizing <__main__.A object at 0x000001C2CA519370>
Contents of the WeakSet: set()
List of elements in the WeakSet: []
Length of the WeakSet: 0

为什么结果不同？ #

核心原因是CPython中弱引用回调的执行顺序规则：

WeakSet给每个加入的对象创建弱引用时，会注册一个回调——当对象被GC回收时，自动从集合里移除失效的引用。而weakref.finalize也会为目标对象注册一个回调，在对象销毁时执行你写的终结函数。

CPython对多个弱引用回调的执行顺序是后注册的回调先执行：

• 现象1中，WeakSet的清理回调先注册，终结器回调后注册。GC触发时，终结器先跑，此时WeakSet还没来得及清理那个已经dead的引用，所以len(ws)统计的是内部存储的所有引用数（包括失效的），但遍历WeakSet时会自动跳过失效引用，导致len(ws)和list(ws)结果不一致。
• 现象2中，终结器回调先注册，WeakSet的清理回调后注册。GC时，WeakSet的清理回调先执行，把失效引用彻底移除，之后终结器才运行，此时集合已经是空的，所以所有输出结果一致。

另外要注意：WeakSet的__len__方法是直接统计内部容器的元素总数，不管引用是否有效；而它的迭代器会自动过滤失效引用，这才会出现长度和实际存活元素数量不符的情况。

如何在终结阶段获取一致的长度？ #

有三种可行方案：

1. 用len(list(ws))代替len(ws)：转成列表时会自动过滤所有失效引用，得到的是当前存活元素的真实数量，不管回调顺序如何，结果都一致。
2. 固定注册顺序：始终先创建终结器，再把对象加入WeakSet。这样GC时WeakSet的清理会先完成，终结器运行时集合状态已经稳定，len(ws)和遍历结果自然一致。
3. 手动触发清理（不推荐）：WeakSet内部有个_commit_removals()方法可以手动清理失效引用，但这是CPython的私有实现细节，不同版本可能变动，不建议在生产代码中使用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者F.X.