Python垃圾回收詳解:引用計數+標記清理+分代回收

Python采用的是引用計數機制為主，標記-清理和分代收集兩種機制為輔的策略。

1、引用計數

python中一切皆對象，所以python底層計數結構地就可以抽象為：

引用計數結構體{
引用計數;
引用的對象
}

是不是簡單明了。現在我們先去考慮一下，什么情況下引用計數+1，什么情況下-1，當引用次數為0時，肯定就是需要進行回收的時刻。

• 引用計數+1的情況

1、對象被創建時，例如 mark="帥哥" 2、對象被copy引用時，例如 mark2=mark，此時mark引用計數+1 3、對象被作為參數，傳入到一個函數中時 4、對象作為一個子元素，存儲到容器中時，例如 list=[mark,mark2]

• 引用計數-1的情況

 

1、對象別名被顯式銷毀，例如 del mark 2、對象引用被賦予新的對象，例如mark2=mark3，此時mark引用計數-1（對照引用計數+1的情況下的第二點來看） 3、一個函數離開他的作用域，例如函數執行完成，它的引用參數的引用計數-1 4、對象所在容器被銷毀，或者從容器中刪除。

• 查看引用計數

實例：

import sys
a = "mark 帥哥" print(sys.getrefcount(a))

• 引用計數機制優點

1、簡單、直觀
2、實時性，只要沒有了引用就釋放資源。

• 引用計數機制缺點

 

1、維護引用計數需要消耗一定的資源
2、循環應用時，無法回收。也正是因為這個原因，才需要通過標記-清理和分代收集機制來輔助引用計數機制。

2、標記-清理

由上面內容我們可以知道，引用計數機制有兩個缺點，缺點1還可以勉強讓人接受，缺點2如果不解決，肯定會引起內存泄露，為了解決這個問題，引入了標記刪除。

我們先來看個實例，從實例中領會標記刪除：

a=[1,2]#假設此時a的引用為1 b=[3,4]#假設此時b的引用為1 #循環引用 a.append(b)#b的引用+1=2 b.append(a)//a的引用+1=2 假如現在需要刪除a,應該如何回收呢？（注意刪除a可以使用del a，這樣a這個引用就不存在了，但是它指向的對象，在標記刪除后還存在，因為還被b使用者） c=[5,6]#假設此時c的引用為1 d=[7,8]#假設此時d的引用為1 #循環引用 c.append(d)#c的引用+1=2 d.append(c)#d的引用+1=2 假如現在需要同時刪除c、d，應該如何回收呢？

首先我們應該已經知道，不管上面兩種情況的哪一個都無法只通過計數來完成回收，因為隨便刪除一個變量，它的引用只會-1，變成1，還是大於0，不會回收，為了解決這個問題，開始看標記刪除來大展神威吧。

puthon標記刪除時通過l兩個容器來完成的：死亡容器、存活容器。

首先，我們先來分析情況2，刪除c、d 刪除后，c的引用為1，d的引用為1，根據引用計數，還無法刪除 標記刪除第一步：對執行刪除操作后的每個引用-1，此時c的引用為0，d的引用為0，把他們都放到死亡容器內。把那些引用仍然大於0的放到存活容器內。 標記刪除第二步：遍歷存活容器，查看是否有的存活容器引用了死亡容器內的對象，如果有就把該對象(注意是對象，比如0x7f94bb602f80，不是對象的引用)從死亡容器內取出，放到存活容器內。 由於c、d都沒有對象引用他們了，所以經過這一步驟，他們還是在死亡組。 標記刪除第三部：將死亡組所有對象刪除。 這樣就完成了對從c、d的刪除。

同樣道理，我們來分析：只刪除a的過程：

標記刪除第一步：對執行刪除（-1）后的每個引用-1，那么a的引用就是0，b的引用為1，將a放到死亡容器，將b放到存活容器。
標記刪除第二步：循環存活容器，發現b引用a，復活a：將a放到存活容器內。
標記刪除第三步：刪除死亡容器內的所有對象。

綜上所說，發現對於循環引用，必須將循環引用的雙發對象都刪除，才可以被回收。

標記-清理就是這么簡單，😀。

3、分代收集

經過上面的【標記-清理】方法，已經可以保證對垃圾的回收了，但還有一個問題，【標記-清理】什么時候執行比較好呢，是對所有對象都同時執行嗎？

同時執行很顯然不合理，我們知道，存活越久的對象，說明他的引用更持久（好像是個屁話，引用不持久就被刪除了），為了更合理的進行【標記-刪除】，就需要對對象進行分代處理，思路很簡單：

1、新創建的對象做為0代
2、每執行一個【標記-刪除】，存活的對象代數就+1
3、代數越高的對象（存活越持久的對象），進行【標記-刪除】的時間間隔就越長。這個間隔，江湖人稱閥值。

是不是很簡單呢。

4、三種情況觸發垃圾回收

1、調用gc.collect() 2、GC達到閥值時 3、程序退出時

5、小整數對象池與intern機制：這個機理是有的，但是下文的數據有待認證

由於整數使用廣泛，為了避免為整數頻繁銷毀、申請內存空間，引入了小整數對象池。[-5,257)是提前定義好的，不會銷毀，單個字母也是。

那對於其他整數，或者其他字符串的不可變類型，如果存在重復的多個，例如：

a1="mark" a2="mark" a3="mark" a4="mark" .... a1000="mark"

如果每次聲明都開辟出一段空間，很顯然不合理，這個時候python就會使用intern機制，靠引用計數來維護。

總計：

 

1、小整數[-5，257)：共用對象，常駐內存
2、單個字符：共用對象，常駐內存
3、單個單詞等不可變類型，默認開啟intern機制，共用對象，引用計數為0時銷毀。

來源：https://segmentfault.com/a/1190000016078708