Python中的垃圾回收机制

Posted 2020-10-04

　　当我们声明一个对象的时候，例如str="abcdef",当我们不再使用str这个对象的时候，这个对象就是一个脏对象，垃圾对象，但是它还在占着内存，毕竟我们的电脑内存有限，所以应该有一个机制来回收它以及类似的对象。现在的高级语言如java，c#等，都采用了垃圾收集机制，而不再是c，c++里用户自己管理维护内存的方式。自己管理内存极其自由，可以任意申请内存，但如同一把双刃剑，为大量内存泄露，悬空指针等bug埋下隐患。 对于一个字符串、列表、类甚至数值都是对象，且定位简单易用的语言，自然不会让用户去处理如何分配回收内存的问题。 python里也同java一样采用了垃圾收集机制，不过不一样的是: python采用的是引用计数机制为主，分代收集机制为辅的策略。

一、引用计数机制：这是Python垃圾回收使用的重要机制。

　　python里每一个东西都是对象，它们的核心就是一个结构体：PyObject

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。当引用计数为0时，该对象生命就结束了。

引用计数机制的优点：

• 简单
• 实时性：一旦没有引用，内存就直接释放了。不用像其他机制等到特定时机。实时性还带来一个好处：处理回收内存的时间分摊到了平时。

引用计数机制的缺点：

• 维护引用计数消耗资源
• 循环引用

list1 = []
list2 = []
list1.append(list2)
list2.append(list1)

　　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，这将是致命的。 对于如今的强大硬件，缺点1尚可接受，但是循环引用导致内存泄露，注定python还将引入新的回收机制。(分代收集)

1、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]

2、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

 

3、查看一个对象的引用计数

import sys
a = "hello"
sys.getrefcount(a) #2

　　可以查看a对象的引用计数，但是比正常计数大1，因为调用函数的时候传入a，这会让a的引用计数+1。

4、循环引用导致内存泄露

import gc


class ClassA():
    def __init__(self):
        print(‘生成对象,id:%s‘ % str(id(self)))


def f2():
    while True:
        c1 = ClassA()
        c2 = ClassA()
        c1.t = c2
        c2.t = c1
        del c1
        del c2


# python默认是开启垃圾回收的，可以通过下面代码来将其关闭
gc.disable()

f2()

　　执行f2()，进程占用的内存会不断增大。

• 创建了c1，c2后这两块内存的引用计数都是1，执行c1.t=c2和c2.t=c1后，这两块内存的引用计数变成2.
• 在del c1后，引用计数变为1，由于不是为0，所以c1对象不会被销毁;同理，c2对象的引用数也是1。
• python默认是开启垃圾回收功能的，但是由于以上程序已经将其关闭，因此导致垃圾回收器都不会回收它们，所以就会导致内存泄露。

有三种情况会触发垃圾回收：

1. 当gc模块的计数器达到阀值的时候，自动回收垃圾
2. 调用gc.collect()，手动回收垃圾
3. 程序退出的时候，python解释器来回收垃圾

二、分代收集机制：

　　在Python中，采用分代收集的方法。把对象分为三代，一开始，对象在创建的时候，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。

gc模块里面会有一个长度为3的列表的计数器，可以通过gc.get_count()获取。

例如(488,3,0)，其中488是指距离上一次一代垃圾检查，Python分配内存的数目减去释放内存的数目，注意是内存分配，而不是引用计数的增加。例如：

print gc.get_count() # (590, 8, 0)
a = ClassA()
print gc.get_count() # (591, 8, 0)
del a
print gc.get_count() # (590, 8, 0)

3是指距离上一次二代垃圾检查，一代垃圾检查的次数，同理，0是指距离上一次三代垃圾检查，二代垃圾检查的次数。

gc模快有一个自动垃圾回收的阀值，即通过gc.get_threshold函数获取到的长度为3的元组，例如(700,10,10) 每一次计数器的增加，gc模块就会检查增加后的计数是否达到阀值的数目，如果是，就会执行对应的代数的垃圾检查，然后重置计数器

例如，假设阀值是(700,10,10)：

当计数器从(699,3,0)增加到(700,3,0)，gc模块就会执行gc.collect(0),即检查一代对象的垃圾，并重置计数器为(0,4,0)
当计数器从(699,9,0)增加到(700,9,0)，gc模块就会执行gc.collect(1),即检查一、二代对象的垃圾，并重置计数器为(0,0,1)
当计数器从(699,9,9)增加到(700,9,9)，gc模块就会执行gc.collect(2),即检查一、二、三代对象的垃圾，并重置计数器为(0,0,0)