随着编程语言的发展，数据的不可变性成为保证程序正确性、安全性和性能提升的关键特性之一。Python语言作为流行的高级编程语言，一直以来都支持一些浅层的不可变数据类型，如整数、字符串、元组和frozenset等，但这些不可变对象的范围有限，无法满足现代多线程和并行计算对深度数据安全共享的需求。为了填补这一空白，PEP 795提出了一种全新的深度不可变性机制，旨在为Python对象提供递归式的冻结功能，使得对象及其所有引用的对象均被设为不可变。深度不可变性不仅提高了程序的数据完整性，也为多线程环境下的线程安全共享奠定了坚实基础，同时为内存管理和性能优化开启了新的可能性。PEP 795于2025年六月由Matthew Johnson、Matthew Parkinson等多位专家共同提出，目前处于草案阶段，但已经展现出极高的技术价值和未来潜力。 深度不可变性的核心在于“冻结”操作，即通过freeze函数能够将任意对象连同它所引用的全部对象递归标记为不可修改，从而形成一个不可变的对象图，实现真正意义上的数据安全屏障。
与传统的浅层不可变不同，深度不可变能够阻止任何层级的对象被意外或恶意改动，极大地降低了运行时错误的风险。PEP 795定义了immutable模块，包含freeze、isfrozen函数，以及NotFreezable类型和NotFreezableError异常类型等核心元素。NotFreezable类型用于标记那些不能冻结的对象，防止它们被错误地设为不可变，而NotFreezableError则在试图修改不可变对象时被主动抛出，提醒开发者注意安全边界。 技术实现方面，PEP 795要求在CPython核心引入对象不可变标志位，并通过宏Py_CHECKWRITE在所有写操作路径中检测该标志，简单高效地拦截对不可变对象的写入企图。此机制既保证了运行时的即时保护，又尽量避免性能上的额外开销。更重要的是，该提案稳步推动C扩展模块的兼容性，提供register_freezable函数，允许C扩展类型主动注册自己支持冻结能力，从而实现Python生态系统的平滑升级。
冻结过程中，若遇到无法冻结的对象，freeze操作将部分成功冻结其可冻结子图，保证严格的深度不可变性原则，也利于调试和开发者理解实际冻结失败的原因。 深度不可变性的动机主要源自几个方面。首先，数据完整性是现代软件开发的底层保障。Python程序常用字典、列表以及自定义类构造复杂数据结构，未加保护的修改往往会引发难以察觉和调试的错误。深度不可变性通过冻结对象及其引用，帮助开发者在数据处理流程中锁定不可变状态，带来更稳定可靠的运行表现。其次，随着Python逐步支持多线程、多子解释器等特性，数据竞争和内存安全成为亟需解决的问题。
全递归的不可变标记从根本上避免了多线程并发访问的修改冲突，有效防范数据竞争隐患，促使Python向数据竞争自由的未来迈进。最后，深度不可变性也带来缓存、JIT编译等优化机遇，简化结构共享，提升性能体验。 PEP 795中也深入讨论了冻结函数及其递归遍历的语义细节。冻结操作不仅遍历对象的__dict__属性、容器元素，还会递归冻结对象的类及其继承链元类，确保类的可变性不会破坏实例的冻结状态。这意味着，一旦冻结一个实例，其类型及祖先类均被标记为不可变，从设计层面防止因类型修改导致实例数据不一致和并发风险。另外，在函数对象冻结的处理上，PEP 795引入了闭包变量的复制和冻结策略，保证冻结函数在访问其闭包时的状态不会被外部赋值干扰，从而保证了不可变函数的线程安全使用。
这些细节体现了PEP 795在设计上的周全与成熟。 虽然深度不可变机制重要且强大，但它并非默认启用，而是采取了“opt-in”策略。除内置类型外，用户需要显式调用freeze函数才能使对象冻结，这避免了对现有代码产生破坏性影响。此外，许多复杂类型需要C扩展或者元类支持才能顺利冻结，因此PEP 795对C扩展提出了明确的注册和维护要求，保证生态的兼容升级。冻结不可变的设计也限制了对NotFreezable类的继承使用，使得某些含外部不可变资源的对象天然不可冻结，防止了冻结失效破坏。 深度不可变性的应用前景广泛。
开发者可以用它来锁定配置数据、防止常量被覆盖，在并发程序中作为线程安全共享数据的天然桥梁。在高性能计算、分布式系统与数据流水线中，深度不可变性带来的状态锁定和访问安全更显重要。未来的Python版本也有望结合深度不可变机制，进一步完善类型系统，引入更细粒度的可变性标记，甚至结合所有权模型防止数据竞争，这将极大提升Python在科学计算、数据密集型领域以及后台服务器的竞争力。 此外，PEP 795还规划了未来的扩展路线。包括支持不可变对象的简化垃圾回收，通过强连通组件引用计数共享减少内存开销；为跨子解释器共享不可变对象提供原子引用计数支持，满足多解释器并发操作的需求；推动区域所有权与数据竞争自由模型，实现线程安全的可变数据共享。这些计划与PEP 703自由线程的努力互为补充，为Python的多线程演进提供系统解决方案。
从实现细节看，PEP 795要求CPython核心调整对象头结构以存储不可变标志，针对写操作广泛插入检查逻辑，标准库模块改写以支持冻结对象保护，并且在冻结过程应用广度优先+深度优先相结合的栈遍历方式处理循环引用。弱引用在冻结时被隐式提升为强引用，避免因弱引用失效破坏冻结状态，同时通过异常机制报告冻结失败。函数冻结处理对闭包变量、默认参数以及全局状态访问均有严格限制，避免通过函数状态重入并发风险。冻结操作抛出的异常详细记录冻结时刻，帮助调试定位冻结源头，有效降低开发门槛。 综上，PEP 795为Python引入了划时代的深度不可变机制，极大提升了数据的安全性与并发使用的可能性。它融合了对Python语言内部结构的精妙改造与易用的模块接口设计，坚定支持未来Python多线程、子解释器与高性能场景的发展。
作为数据完整性和数据竞争自由的坚实基石，深度不可变将成为Python语言演进的重要里程碑，推动开发者编写更健壮、更高效、更安全的代码。期待PEP 795在持续完善和社区广泛应用下，引领Python迈入更加稳定和高性能的新时代。
