Python pickle模塊：實現Python對象的持久化存儲

Python 中有個序列化過程叫作 pickle，它能夠實現任意對象與文本之間的相互轉化，也可以實現任意對象與二進制之間的相互轉化。也就是說，pickle 可以實現 Python 對象的存儲及恢復。
 

值得一提的是，pickle 是 python 語言的一個標準模塊，安裝 python 的同時就已經安裝了 pickle 庫，因此它不需要再單獨安裝，使用 import 將其導入到程序中，就可以直接使用。

pickle 模塊提供了以下 4 個函數供我們使用：

dumps()：將 Python 中的對象序列化成二進制對象，並返回；
loads()：讀取給定的二進制對象數據，並將其轉換爲 Python 對象；
dump()：將 Python 中的對象序列化成二進制對象，並寫入文件；
load()：讀取指定的序列化數據文件，並返回對象。

以上這 4 個函數可以分成兩類，其中 dumps 和 loads 實現基於內存的 Python 對象與二進制互轉；dump 和 load 實現基於文件的 Python 對象與二進制互轉。

pickle.dumps()函數

此函數用於將 Python 對象轉爲二進制對象，其語法格式如下：

dumps(obj, protocol=None, *, fix_imports=True)

此格式中各個參數的含義爲：

obj：要轉換的 Python 對象；
protocol：pickle 的轉碼協議，取值爲 0、1、2、3、4，其中 0、1、2 對應 Python 早期的版本，3 和 4 則對應 Python 3.x 版本及之後的版本。未指定情況下，默認爲 3。
其它參數：爲了兼容 Python 2.x 版本而保留的參數，Python 3.x 中可以忽略。

【例 1】

import pickle
tup1 = ('I love Python', {1,2,3}, None)
# 使用 dumps() 函數將 tup1 轉成 p1
p1 = pickle.dumps(tup1)
print(p1)

輸出結果爲：

b'\x80\x03X\r\x00\x00\x00I love Pythonq\x00cbuiltins\nset\nq\x01]q\x02(K\x01K\x02K\x03e\x85q\x03Rq\x04N\x87q\x05.'

pickle.loads()函數

此函數用於將二進制對象轉換成 Python 對象，其基本格式如下：

loads(data, *, fix_imports=True, encoding='ASCII', errors='strict')

其中，data 參數表示要轉換的二進制對象，其它參數只是爲了兼容 Python 2.x 版本而保留的，可以忽略。

【例 2】在例 1 的基礎上，將 p1 對象反序列化爲 Python 對象。

import pickle
tup1 = ('I love Python', {1,2,3}, None)
p1 = pickle.dumps(tup1)
# 使用 loads() 函數將 p1 轉成 Python 對象
t2 = pickle.loads(p1)
print(t2)

運行結果爲：

('I love Python', {1, 2, 3}, None)

注意，在使用 loads() 函數將二進制對象反序列化成 Python 對象時，會自動識別轉碼協議，所以不需要將轉碼協議當作參數傳入。並且，當待轉換的二進制對象的字節數超過 pickle 的 Python 對象時，多餘的字節將被忽略。

pickle.dump()函數

此函數用於將 Python 對象轉換成二進制文件，其基本語法格式爲：

dump (obj, file,protocol=None, *, fix mports=True)

其中各個參數的具體含義如下：

obj：要轉換的 Python 對象。
file：轉換到指定的二進制文件中，要求該文件必須是以"wb"的打開方式進行操作。
protocol：和 dumps() 函數中 protocol 參數的含義完全相同，因此這裏不再重複描述。
其他參數：爲了兼容以前 Python 2.x版本而保留的參數，可以忽略。

【例 3】將 tup1 元組轉換成二進制對象文件。

import pickle
tup1 = ('I love Python', {1,2,3}, None)
# 使用 dumps() 函數將 tup1 轉成 p1
with open ("a.txt", 'wb') as f: # 打開文件
pickle.dump(tup1, f) # 用dump函數將Python對象轉成二進制對象文件

運行完此程序後，會在該程序文件同級目錄中，生成 a.txt 文件，但由於其內容爲二進制數據，因此直接打開會看到亂碼。

pickle.load()函數

此函數和 dump() 函數相對應，用於將二進制對象文件轉換成 Python 對象。該函數的基本語法格式爲：

load(file, *, fix_imports=True, encoding='ASCII', errors='strict')

其中，file 參數表示要轉換的二進制對象文件（必須以 "rb" 的打開方式操作文件），其它參數只是爲了兼容 Python 2.x 版本而保留的參數，可以忽略。

【例 4】將例 3 轉換的 a.txt 二進制文件對象轉換爲 Python 對象。

import pickle
tup1 = ('I love Python', {1,2,3}, None)
# 使用 dumps() 函數將 tup1 轉成 p1
with open ("a.txt", 'wb') as f: # 打開文件
pickle.dump(tup1, f) # 用dump函數將Python對象轉成二進制對象文件
with open ("a.txt", 'rb') as f: # 打開文件
t3 = pickle.load(f) # 將二進制文件對象轉換成Python對象
print(t3)

運行結果爲：

('I love Python', {1, 2, 3}, None)

總結

看似強大的 pickle 模塊，其實也有它的短板，即 pickle 不支持併發地訪問持久性對象，在複雜的系統環境下，尤其是讀取海量數據時，使用 pickle 會使整個系統的 I/O讀取性能成爲瓶頸。這種情況下，可以使用 ZODB。

ZODB 是一個健壯的、多用戶的和麪向對象的數據庫系統，專門用於存儲 Python 語言中的對象數據，它能夠存儲和管理任意複雜的 Python 對象，並支持事務操作和併發控制。並且，ZODB 也是在 Python 的序列化操作基礎之上實現的，因此要想有效地使用 ZODB，必須先學好 pickle。

有關 ZODB 的詳細介紹，讀者可自行搜索相關文檔，本節不再具體講解。