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Objects with both `__slots__` and `__dict__` have much larger size than needed (up to 4x) on Python 3.13

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3.13 3.14 interpreter-core performance type-bug
Vorherrschende Sprache
Python
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PR-Merge-Kennzahlen
PR-Kennzahlen ausstehend

Beschreibung

Bug report

Bug description:

On Python 3.13, instances that have both __slots__ and __dict__ defined (e.g. through inheritance)
can have a size that is more than four times of that in previous Python versions (e.g. 3.12).

import tracemalloc
import gc


class _Point2D:
    __slots__ = ("x", "y")


class Point3D_OnlySlots(_Point2D):
    __slots__ = ("z",)

    def __init__(self, x, y, z):
        self.x, self.y, self.z = x, y, z


class Point3D_DictAndSlots(_Point2D):
    def __init__(self, x, y, z):
        self.x, self.y, self.z = x, y, z


class Point3D_OnlyDict:
    def __init__(self, x, y, z):
        self.x, self.y, self.z = x, y, z


gc.collect()  # clear freelists
tracemalloc.start()
_ = [Point3D_OnlySlots(1, 2, 3) for _ in range(1_000_000)]
print(
    f"1M Point3D (only __slots__) instances:         {tracemalloc.get_traced_memory()[0]:_} bytes"
)

gc.collect()  # clear freelists
tracemalloc.start()
_ = [Point3D_OnlyDict(1, 2, 3) for _ in range(1_000_000)]
print(
    f"1M Point3D (only __dict__) instances:          {tracemalloc.get_traced_memory()[0]:_} bytes"
)

gc.collect()  # clear freelists
tracemalloc.start()
_ = [Point3D_DictAndSlots(1, 2, 3) for _ in range(1_000_000)]
print(
    f"1M Point3D (__dict__ and __slots__) instances: {tracemalloc.get_traced_memory()[0]:_} bytes"
)

On python 3.13.3, this prints:

1M Point3D (only __slots__) instances:         64_448_792 bytes
1M Point3D (only __dict__) instances:          104_451_928 bytes
1M Point3D (__dict__ and __slots__) instances: 416_448_848 bytes

On python 3.12.11, this prints:

1M Point3D (only __slots__) instances:         64_448_792 bytes
1M Point3D (only __dict__) instances:          96_451_808 bytes
1M Point3D (__dict__ and __slots__) instances: 96_452_232 bytes

The apparent cause seems to be the object layout changes (see here)
which introduced inline values. It appears that these don't mesh well with __slots__.
Could this be because the inline values need to have a fixed offset?
What appears to cause the dramatic increase above is that having (nonempty) __slots__ will
trigger __dict__ materialization (size 30) as soon as a non-slot attribute is set. In contrast to the optimized "no slots" case, this dict doesn't shrink as more instances are created.

Of course, mixing __slots__ and __dict__ is not recommended, but it's a trap that can be easily fallen into.
For example, if forgetting to define __slots__ anywhere in a complex class hierarchy.

I'm unsure if I'm understanding exactly what's going on though. @markshannon perhaps you can shed some light on this?

Related: #115776, #115822

CPython versions tested on:

3.13

Operating systems tested on:

macOS

Linked PRs
  • gh-135389
  • gh-156656

Beitragsleitfaden

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Erste Schritte

  1. Lies das ganze Issue und danach den Beitragsleitfaden des Projekts.
  2. Schreib ins Issue, dass du es übernimmst — das erspart doppelte Arbeit.
  3. Forke das Repository und arbeite in einem Branch.
  4. Öffne einen Pull Request, der die Issue-Nummer nennt.

Rechercherichtung

Beginnen Sie mit den in Objects/object_layout.md beschriebenen Änderungen am Objektlayout und reproduzieren Sie das Problem mit den bereitgestellten slots/dict-Klassen unter Verwendung von tracemalloc auf Python 3.13 und 3.12. Prüfen Sie die verknüpften PRs gh-135389 und gh-156656 und verifizieren Sie anschließend, dass gemischte slots-and-dict-Instanzen nicht mehr den berichteten zusätzlichen Speicherverbrauch verursachen, während die demonstrierten Layouts erhalten bleiben.

Vom Indexierungsmodell aus dem Issue-Text verfasst.

Bewertung

Tech-Stack
python
Bereich
backend
Issue-Typ
Bug
Schwierigkeit
4/5
Geschätzter Aufwand
3-5 Tage
Aktivitätsstatus
Veraltet
Klarheit
Größtenteils klar
Anfängerfreundlichkeit
35/100

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