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分析python垃圾回收機(jī)制原理

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引用計(jì)數(shù)

  • Python 語言默認(rèn)采用的垃圾收集機(jī)制是『引用計(jì)數(shù)法 Reference Counting』,該算法最早 George E. Collins 在 1960 的時(shí)候首次提出,50 年后的今天,該算法依然被很多編程語言使用。
  • 引用計(jì)數(shù)法的原理是:每個(gè)對象維護(hù)一個(gè)ob_ref字段,用來記錄該對象當(dāng)前被引用的次數(shù),每當(dāng)新的引用指向該對象時(shí),它的引用計(jì)數(shù)ob_ref加1,每當(dāng)該對象的引用失效時(shí)計(jì)數(shù)ob_ref減1,一旦對象的引用計(jì)數(shù)為0,該對象立即被回收,對象占用的內(nèi)存空間將被釋放。
  • 它的缺點(diǎn)是需要額外的空間維護(hù)引用計(jì)數(shù),這個(gè)問題是其次的,不過最主要的問題是它不能解決對象的 “循環(huán)引用”,因此,也有很多語言比如 Java 并沒有采用該算法做來垃圾的收集機(jī)制。

引用計(jì)數(shù)案例

import sys
class A():
    def __init__(self):
        '''初始化對象'''
        print('object born id:%s' %str(hex(id(self))))
def f1():
    '''循環(huán)引用變量與刪除變量'''
    while True:
        c1=A()
        del c1
def func(c):
    print('obejct refcount is: ',sys.getrefcount(c)) #getrefcount()方法用于返回對象的引用計(jì)數(shù)
if __name__ == '__main__':
   #生成對象
    a=A()                        # 此時(shí)為1
    #del a  					 # 如果del,下一句會報(bào)錯(cuò), = 0,被清理
    print('obejct refcount is: ', sys.getrefcount(a)) # 此時(shí)為2 getrefcount是一個(gè)函數(shù) +1    
    func(a)
    #增加引用
    b=a
    func(a)
    #銷毀引用對象b
    del b
    func(a)

執(zhí)行結(jié)果:

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

導(dǎo)致引用計(jì)數(shù) +1 的情況

對象被創(chuàng)建,例如 a=23

對象被引用,例如 b=a

對象被作為參數(shù),傳入到一個(gè)函數(shù)中,例如func(a)

對象作為一個(gè)元素,存儲在容器中,例如list1=[a,a]

導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)-1 的情況

對象的別名被顯式銷毀,例如del a

對象的別名被賦予新的對象,例如a=24

一個(gè)對象離開它的作用域,例如 f 函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí),func函數(shù)中的局部變量(全局變量不會)

對象所在的容器被銷毀,或從容器中刪除對象

循環(huán)引用導(dǎo)致內(nèi)存泄露

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

執(zhí)行結(jié)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
...

  • 創(chuàng)建了c1,c2后,這兩個(gè)對象的引用計(jì)數(shù)都是1,執(zhí)行c1.t=c2和c2.t=c1后,引用計(jì)數(shù)變成2.
  • 在del c1后,內(nèi)存c1的對象的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?,由于不是為0,所以c1的對象不會被銷毀,同理,在del c2后也是一樣的。
  • 雖然它們兩個(gè)的對象都是可以被銷毀的,但是由于循環(huán)引用,導(dǎo)致垃圾回收器都不會回收它們,所以就會導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

分代回收

  • 分代回收是一種以空間換時(shí)間的操作方式,Python 將內(nèi)存根據(jù)對象的存活時(shí)間劃分為不同的集合,每個(gè)集合稱為一個(gè)代,Python 將內(nèi)存分為了 3“代”,分別為年輕代(第 0 代)、中年代(第 1 代)、老年代(第 2 代),他們對應(yīng)的是 3 個(gè)鏈表,它們的垃圾收集頻率與對象的存活時(shí)間的增大而減小。
  • 新創(chuàng)建的對象都會分配在年輕代,年輕代鏈表的總數(shù)達(dá)到上限時(shí),Python 垃圾收集機(jī)制就會被觸發(fā),把那些可以被回收的對象回收掉,而那些不會回收的對象就會被移到中年代去,依此類推,老年代中的對象是存活時(shí)間最久的對象,甚至是存活于整個(gè)系統(tǒng)的生命周期內(nèi)。
  • 同時(shí),分代回收是建立在標(biāo)記清除技術(shù)基礎(chǔ)之上。分代回收同樣作為 Python 的輔助垃圾收集技術(shù)處理那些容器對象

垃圾回收

有三種情況會觸發(fā)垃圾回收:

1.調(diào)用gc.collect(),需要先導(dǎo)入gc模塊。

2.當(dāng)gc模塊的計(jì)數(shù)器達(dá)到閥值的時(shí)候。

3.程序退出的時(shí)候。

gc 模塊

gc 模塊提供一個(gè)接口給開發(fā)者設(shè)置垃圾回收的選項(xiàng)。上面說到,采用引用計(jì)數(shù)的方法管理內(nèi)存的一個(gè)缺陷是循環(huán)引用,而 gc 模塊的一個(gè)主要功能就是解決循環(huán)引用的問題。

常用函數(shù):

  • gc.set_debug(flags) 設(shè)置 gc 的 debug 日志,一般設(shè)置為gc.DEBUG_LEAK
  • gc.collect([generation])
    顯式進(jìn)行垃圾回收,可以輸入?yún)?shù),0代表只檢查第一代的對象,1代表檢查一,二代的對象,2代表檢查一,二,三代的對象,如果不傳參數(shù),執(zhí)行一個(gè)full collection,也就是等于傳 2。返回不可達(dá)(unreachable objects)對象的數(shù)目。
  • gc.set_threshold(threshold0[, threshold1[, threshold2]) 設(shè)置自動執(zhí)行垃圾回收的頻率。
  • gc.get_count() 獲取當(dāng)前自動執(zhí)行垃圾回收的計(jì)數(shù)器,返回一個(gè)長度為 3 的列表

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