Python 中的垃圾回收機制--備忘

GC做爲現代編程語言的自動內存管理機制，專一於兩件事：1. 找到內存中無用的垃圾資源 2. 清除這些垃圾並把內存讓出來給其餘對象使用。GC完全把程序員從資源管理的重擔中解放出來，讓他們有更多的時間放在業務邏輯上。但這並不意味着碼農就能夠不去了解GC，畢竟多瞭解GC知識仍是有利於咱們寫出更健壯的代碼。

引用計數

Python語言默認採用的垃圾收集機制是『引用計數法 Reference Counting』，該算法最先George E. Collins在1960的時候首次提出，50年後的今天，該算法依然被不少編程語言使用，『引用計數法』的原理是：每一個對象維護一個ob_ref字段，用來記錄該對象當前被引用的次數，每當新的引用指向該對象時，它的引用計數ob_ref加1，每當該對象的引用失效時計數ob_ref減1，一旦對象的引用計數爲0，該對象當即被回收，對象佔用的內存空間將被釋放。它的缺點是須要額外的空間維護引用計數，這個問題是其次的，不過最主要的問題是它不能解決對象的「循環引用」，所以，也有不少語言好比Java並無採用該算法作來垃圾的收集機制。

什麼是循環引用？A和B相互引用而再沒有外部引用A與B中的任何一個，它們的引用計數雖然都爲1，但顯然應該被回收，例子：

 

 

 

 

 

Python

 

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a = { } #對象A的引用計數爲 1 b = { } #對象B的引用計數爲 1 a['b'] = b  #B的引用計數增1 b['a'] = a  #A的引用計數增1 del a #A的引用減 1，最後A對象的引用爲 1 del b #B的引用減 1, 最後B對象的引用爲 1

在這個例子中程序執行完del語句後，A、B對象已經沒有任何引用指向這兩個對象，可是這兩個對象各包含一個對方對象的引用，雖然最後兩個對象都沒法經過其它變量來引用這兩個對象了，這對GC來講就是兩個非活動對象或者說是垃圾對象，可是他們的引用計數並無減小到零。所以若是是使用引用計數法來管理這兩對象的話，他們並不會被回收，它會一直駐留在內存中，就會形成了內存泄漏（內存空間在使用完畢後未釋放）。爲了解決對象的循環引用問題，Python引入了標記-清除和分代回收兩種GC機制。

標記清除

『標記清除（Mark—Sweep）』算法是一種基於追蹤回收（tracing GC）技術實現的垃圾回收算法。它分爲兩個階段：第一階段是標記階段，GC會把全部的『活動對象』打上標記，第二階段是把那些沒有標記的對象『非活動對象』進行回收。那麼GC又是如何判斷哪些是活動對象哪些是非活動對象的呢？

對象之間經過引用（指針）連在一塊兒，構成一個有向圖，對象構成這個有向圖的節點，而引用關係構成這個有向圖的邊。從根對象（root object）出發，沿着有向邊遍歷對象，可達的（reachable）對象標記爲活動對象，不可達的對象就是要被清除的非活動對象。根對象就是全局變量、調用棧、寄存器。

在上圖中，咱們把小黑圈視爲全局變量，也就是把它做爲root object，從小黑圈出發，對象1可直達，那麼它將被標記，對象二、3可間接到達也會被標記，而4和5不可達，那麼一、二、3就是活動對象，4和5是非活動對象會被GC回收。

標記清除算法做爲Python的輔助垃圾收集技術主要處理的是一些容器對象，好比list、dict、tuple，instance等，由於對於字符串、數值對象是不可能形成循環引用問題。Python使用一個雙向鏈表將這些容器對象組織起來。不過，這種簡單粗暴的標記清除算法也有明顯的缺點：清除非活動的對象前它必須順序掃描整個堆內存，哪怕只剩下小部分活動對象也要掃描全部對象。

分代回收

分代回收是一種以空間換時間的操做方式，Python將內存根據對象的存活時間劃分爲不一樣的集合，每一個集合稱爲一個代，Python將內存分爲了3「代」，分別爲年輕代（第0代）、中年代（第1代）、老年代（第2代），他們對應的是3個鏈表，它們的垃圾收集頻率與對象的存活時間的增大而減少。新建立的對象都會分配在年輕代，年輕代鏈表的總數達到上限時，Python垃圾收集機制就會被觸發，把那些能夠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間最久的對象，甚至是存活於整個系統的生命週期內。同時，分代回收是創建在標記清除技術基礎之上。分代回收一樣做爲Python的輔助垃圾收集技術處理那些容器對象