垃圾回收机制

Posted 2020-12-10 www95024

Python垃圾回收机制

基于C语言源码底层，让你正真了解垃圾回收机制的实现

• 引用计数器
• 标记清楚
• 分代回收
• 缓存机制
• Python的C源码（3.8.2版本）

1. 引用计数器

1.1 环状双向链表 refchain

在python程序中创建的任何对象都会放在refchain链表中

name = ‘佩奇‘
age = 33
hobby = ["篮球","买那些"]

内部会创建一些数据 【上一个对象，下一个对象，类型，引用计数器】
name = ‘佩奇‘
new = name

内部会创建一些数据 【上一个对象，下一个对象，类型，引用计数器，val=18】
age = 18

内部会创建一些数据 【上一个对象，下一个对象，类型，引用计数器,items=元素，元素个数】
hobby = ["篮球","没呢"]

在C源码中如何体现每个对象都有的相同的值：PyObject（4个值）。

有多个元素组成的对象：PyObject结构体（4个值）+ ob_size

1.2 类型封装结构体

data = 3.14
内部会创建：
	_ob_next = refchain中的上一个对象
	_ob_prev = refchain中的下一个对象
	ob_refcnt = 1
	ob_type = float
	ob_fval = 3.14

1.3 引用计数器

v1 = 3.14
v2 = 999
v3 = (1,2,3)

当python程序运行时，会根据数据类型的不同找到其对应的结构体，根据结构体中的字段来进行创建相关的数据，然后将对象添加到refchain双向链表中。

在C源码中有两个关键的结构体：PyObject，PyVarObject。

每个对象中有ob_refcnt就是引用计数器，值默认为1，当其他变量引用对象时，引用计数器就会发生变化。

• 引用

  a = 99999
  b = a 
  

• 删除引用

  a = 99999
  b = a
  del b   #b变量删除，b对应对象引用计数器-1
  del a   #a变量删除，a对应对象引用计数器-1
  
  #当一个对象的引用计数器为0时，意味着没有人再使用这个对象了，这个对象就是垃圾，垃圾回收
  #回收：1.对象从refchain链表移除；2.将对象销毁，内存归还
  

2. 标记清除

目的：为了解决引用计数器循环引用的不足

实现：在python的底层再维护一个链表，链表中专门放那些可能存在循环引用的对象（list/tuple/dict/set）

在python内部某种情况下触发，回去扫描可能存在循环引用的链表中的每个元素，检查是否有循环引用，如有则让双方的引用计数器-1；如果是0则垃圾回收。

问题：

• 什么时候扫描
• 可能存在循环引用的链表扫描代价太大，每次扫描耗时久

3. 分代回收

将可能存在循环引用的对象维护成3个链表

• 0代：0代中对象个数达到700个扫描一次
• 1代：0代扫描10次，则1代扫描一次
• 2代：1代扫描10次，则2代扫描一次

4. 小结

在python中维护一个refchain的双向环状链表，这个链表中存储创建的所有的对象，每种类型的对象中都有一个ob_refcnt引用计数器的值，引用个数+1，，-1，最后当引用计数器变为0时会进行垃圾回收（对象销毁，refchain中移除）。

但是，在python中对于那些可以有多个元素组成的对象可能会存在循环引用的问题，为了解决这个问题python又引入了标记清楚和分代回收，在其内部创建4个链表。

• refchain
• 2代，10次
• 1代，10次
• 0代，700个

在源码内部当达到各自的阈值时，就会触发扫描链表进行标记清楚的动作（有循环则各自-1）

But，源码内部在上述的流中提出了优化的机制。

5. Python缓存

5.1 池（int）

为了避免重复创建和销毁一些常见的对象，维护池。

#启动解释器时，Python内部帮我们创建：-5，-4，....,257
v1 = 7     #内部不会开辟内存，直接去池中取
v2 = 9     #内部不会开辟内存，直接去池中取
v3 = 9     #内部不会开辟内存，直接去池中取

5.2 free_list（float/list/tuple/dict）

当一个对象的引用计数器为0时，按理说应该回收，但内部不会直接回收，而是将对象添加到free_list链表中当

缓存。以后再去创建对象时，不再重新开辟内存，而是直接使用free_list。

v1 = 3.14   #开辟内存，内部存储结构体中定义那几个值，并存到refchain中
del v1      #refchain中移除，将对象添加到free_list中（80个），free_list满则销毁
v9 = 999.9  #不会重新开辟内存，去free_list中获取对象，对象内部数据初始化，再方到refchain中