分析python垃圾回收机制原理

引用计数

  • Python 语言默认采用的垃圾收集机制是『引用计数法 Reference Counting』,该算法最早 George E. Collins 在 1960 的时候首次提出,50 年后的今天,该算法依然被很多编程语言使用。
  • 引用计数法的原理是:每个对象维护一个ob_ref字段,用来记录该对象当前被引用的次数,每当新的引用指向该对象时,它的引用计数ob_ref加1,每当该对象的引用失效时计数ob_ref减1,一旦对象的引用计数为0,该对象立即被回收,对象占用的内存空间将被释放。
  • 它的缺点是需要额外的空间维护引用计数,这个问题是其次的,不过最主要的问题是它不能解决对象的 “循环引用”,因此,也有很多语言比如 Java 并没有采用该算法做来垃圾的收集机制。

引用计数案例

import sys
class A():
    def __init__(self):
        '''初始化对象'''
        print('object born id:%s' %str(hex(id(self))))
def f1():
    '''循环引用变量与删除变量'''
    while True:
        c1=A()
        del c1
def func(c):
    print('obejct refcount is: ',sys.getrefcount(c)) #getrefcount()方法用于返回对象的引用计数
if __name__ == '__main__':
   #生成对象
    a=A()                        # 此时为1
    #del a  					 # 如果del,下一句会报错, = 0,被清理
    print('obejct refcount is: ', sys.getrefcount(a)) # 此时为2 getrefcount是一个函数 +1    
    func(a)
    #增加引用
    b=a
    func(a)
    #销毁引用对象b
    del b
    func(a)

执行结果:

object born id:0x7f9abe8f2128
obejct refcount is:  2
obejct refcount is:  4
obejct refcount is:  5
obejct refcount is:  4

导致引用计数 +1 的情况

对象被创建,例如 a=23

对象被引用,例如 b=a

对象被作为参数,传入到一个函数中,例如func(a)

对象作为一个元素,存储在容器中,例如list1=[a,a]

导致引用计数-1 的情况

对象的别名被显式销毁,例如del a

对象的别名被赋予新的对象,例如a=24

一个对象离开它的作用域,例如 f 函数执行完毕时,func函数中的局部变量(全局变量不会)

对象所在的容器被销毁,或从容器中删除对象

循环引用导致内存泄露

def f2():
    '''循环引用'''
    while True:
        c1=A()
        c2=A()
        c1.t=c2
        c2.t=c1
        del c1
        del c2

执行结果

id:0x1feb9f691d0
object born id:0x1feb9f69438
object born id:0x1feb9f690b8
object born id:0x1feb9f69d68
object born id:0x1feb9f690f0
object born id:0x1feb9f694e0
object born id:0x1feb9f69f60
object born id:0x1feb9f69eb8
object born id:0x1feb9f69128
object born id:0x1feb9f69c88
object born id:0x1feb9f69470
object born id:0x1feb9f69e48
object born id:0x1feb9f69ef0
object born id:0x1feb9f69dd8
object born id:0x1feb9f69e10
object born id:0x1feb9f69ac8
object born id:0x1feb9f69198
object born id:0x1feb9f69cf8
object born id:0x1feb9f69da0
object born id:0x1feb9f69c18
object born id:0x1feb9f69d30
object born id:0x1feb9f69ba8
...

  • 创建了c1,c2后,这两个对象的引用计数都是1,执行c1.t=c2和c2.t=c1后,引用计数变成2.
  • 在del c1后,内存c1的对象的引用计数变为1,由于不是为0,所以c1的对象不会被销毁,同理,在del c2后也是一样的。
  • 虽然它们两个的对象都是可以被销毁的,但是由于循环引用,导致垃圾回收器都不会回收它们,所以就会导致内存泄露。

分代回收

  • 分代回收是一种以空间换时间的操作方式,Python 将内存根据对象的存活时间划分为不同的集合,每个集合称为一个代,Python 将内存分为了 3“代”,分别为年轻代(第 0 代)、中年代(第 1 代)、老年代(第 2 代),他们对应的是 3 个链表,它们的垃圾收集频率与对象的存活时间的增大而减小。
  • 新创建的对象都会分配在年轻代,年轻代链表的总数达到上限时,Python 垃圾收集机制就会被触发,把那些可以被回收的对象回收掉,而那些不会回收的对象就会被移到中年代去,依此类推,老年代中的对象是存活时间最久的对象,甚至是存活于整个系统的生命周期内。
  • 同时,分代回收是建立在标记清除技术基础之上。分代回收同样作为 Python 的辅助垃圾收集技术处理那些容器对象

垃圾回收

有三种情况会触发垃圾回收:

1.调用gc.collect(),需要先导入gc模块。

2.当gc模块的计数器达到阀值的时候。

3.程序退出的时候。

gc 模块

gc 模块提供一个接口给开发者设置垃圾回收的选项。上面说到,采用引用计数的方法管理内存的一个缺陷是循环引用,而 gc 模块的一个主要功能就是解决循环引用的问题。

常用函数:

  • gc.set_debug(flags) 设置 gc 的 debug 日志,一般设置为gc.DEBUG_LEAK
  • gc.collect([generation])
    显式进行垃圾回收,可以输入参数,0代表只检查第一代的对象,1代表检查一,二代的对象,2代表检查一,二,三代的对象,如果不传参数,执行一个full collection,也就是等于传 2。返回不可达(unreachable objects)对象的数目。
  • gc.set_threshold(threshold0[, threshold1[, threshold2]) 设置自动执行垃圾回收的频率。
  • gc.get_count() 获取当前自动执行垃圾回收的计数器,返回一个长度为 3 的列表

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