#Python

垃圾回收

Python采用的是“引用计数”为主，“标记-清除”和“分代收集”为辅的策略。

  • 在Python中，如果一个对象的引用数为0，Python虚拟机就会回收这个对象的内存。“引用计数”的缺陷是“循环引用”的问题。

  • “标记-清除”就是让被“循环引用”的无用对象的引用数为0，从而让Python虚拟机回收这个对象的内存。

  • “分代收集”是一种典型的“以空间换时间”的技术。简单来说就是：对象存在时间越长，越可能不是垃圾，应该越少去收集。

GC系统

三个主要任务：

  • 为新生成的对象分配内存
  • 识别那些垃圾对象，并且
  • 从垃圾对象那回收内存

引用计数

python里的每一个东西都是对象，核心是“PyObject结构体”:

1
2
3
4
typedef struct_object {
    int ob_refcnt;
    struct_typeobject *ob_type;
} PyObject;

“PyObject”是每个对象必有的内容，其中“ob_refcnt”就是做为“引用计数”。

当一个对象有新的引用时，它的“ob_refcnt”就会“增加”；当引用它的对象被删除，它的“ob_refcnt”就会“减少”。

1
2
#define Py_INCREF(op) ((op)->ob_refcnt++)  //增加计数
#define Py_DECREF(op) if(--(op)->ob_refcnt != 0)  ; else __Py_Dealloc((PyObject *)(op))  //减少计数

当引用计数减少为0时，Python立即将其释放，把内存还给操作系统，该对象生命就结束了。

导致引用数+1的情况

  • 对象被创建，如a=1
  • 对象被引用，如b=a
  • 对象被作为参数传入到一个函数中，如func(a)
  • 对象作为一个元素存储在容器中，如list1=[a, b]

导致引用数-1的情况

  • 对象的别名被显式销毁，如del a
  • 对象的别名被赋予新的对象，如a=2
  • 一个对象离开作用域，例如函数执行完毕时函数中的局部变量、传入的参数
  • 对象所在的容器被销毁或从容器中删除

引用计数的优点

  • 简单易理解
  • 实时性：一旦没有引用，内存就直接释放了。处理回收内存的时间分摊到了平时。

引用计数的缺点

  • 维护引用计数消耗资源：每个对象中都要引用数。
  • 不能处理“循环引用”：list1与list2相互引用，如果不存在其他对象对它们的引用，list1与list2的引用计数也仍然为1，所占用的内存永远无法被回收。
    1
    2
    3
    4
    list1 = []
    list2 = []
    list1.append(list2)
    list2.append(list1)

标记-清除

“标记-清除”机制：首先标记对象（垃圾检测），然后清除垃圾（垃圾回收）。

“标记-清除”是为了解决循环引用的问题。可以包含其他对象引用的容器对象（比如：list，set，dict，class，instance）都可能产生循环引用。

“标记-清除”将集合中对象的引用计数复制一份副本，改动该对象引用的副本。对于副本做任何的改动都不会改动真实的引用计数，因此不会影响对象生命周期的维护。

这个“计数副本”的唯一作用是寻找root object集合（该集合中的对象是不能被回收的）。

当成功寻找到root object集合之后，首先将现在的内存链表一分为二，一条链表中维护root object集合，成为root链表，而另外一条链表中维护剩下的对象，成为unreachable链表。

分成两个链表是因为：现在的unreachable可能存在被root链表中的对象直接或间接引用的对象，这些对象是不能被回收的，一旦在标记的过程中，发现这样的对象，就将其从unreachable链表中移到root链表中；当完成标记后，unreachable链表中剩下的所有对象就是垃圾对象了，接下来的垃圾回收只需在unreachable链表中执行即可。

分代收集

一定比例的内存块的生存周期都比较短，通常是几百万条机器指令的时间；而剩下的内存块，起生存周期比较长，甚至会从程序开始一直持续到程序结束。

“分代收集”是一种典型的“以空间换时间”的技术。简单来说就是：对象存在时间越长，越可能不是垃圾，应该越少去收集。

“分代收集”就是将回收对象分成数个代，每个代就是一个链表（集合），代进行“标记-清除”的时间与代内“对象存活时间”成正比例关系。

“分代收集”把对象分为三代，一开始在创建对象的时候放在一代中。如果在一次一代的垃圾检查中，改对象存活下来，就会被放到二代中，同理在一次二代的垃圾检查中，该对象存活下来，就会被放到三代中。

python里一共有三代，每个代的threshold值表示该代最多容纳对象的个数。默认情况下，当0代超过700,或1，2代超过10，垃圾回收机制将触发。

0代触发将清理所有的三代，1代触发会清理1,2代，2代触发后只会清理自己。

分代收集

Reference

Python垃圾回收机制–完美讲解!

Python垃圾回收机制详解