Python你必须了解的一些点——垃圾回收机制

电玩女神 2023-02-14 02:33 48阅读 0赞

### Python垃圾回收机制 ###

*   *  一、引用计数
     *   *  优点：
         *  缺点：
     *  二、 标记-清除
     *   *   *   *  QA： 为什么要搞这两个链表
     *  三、分代回收
     *   *  分代回收总结:

这个问题也是目前面试中经常被问到的问题了，因此这里想要详细写一下记录一下。这次从以下三点：引用计数、标记-清除、分代回收来详细的介绍一下。

## 一、引用计数 ##

引用计数是`GC`主要方法，意思就是一个对象在它刚被`New`出来的时候因为被`New`方法引用了所以他的引用计数就是1，如果它被引用（也就是在之前的基础上,例如：`b=a`，被丢入函数列表等等被引用就会在引用计数上加1），如果引用它的对象被删除的时候（在之前的基础上`DEL b`）那么它的引用计数就会减少一一直到当它的引用计数变为0的时候，垃圾回收机制就会找上门做掉（回收）

那么接下来看一下引用计数方法的优缺点。

### 优点： ###

*  简单，实时性（一旦为零就不跟你多BB，做掉）
 *  运行期没有停顿 可以类比一下Ruby的垃圾回收机制，也就是 `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。
 *  对象有确定的生命周期
 *  易于实现

### 缺点： ###

*  维护引用计数消耗资源，维护引用计数的次数和引用赋值成正比。
 *  无法解决循环引用的问题。A和B相互引用而再没有外部引用A与B中的任何一个，它们的引用计数都为1，但显然应该被回收。  
    循环引用的示例：

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

引用计数无法解决此类问题，因此需要引入新的机制。

--------------------

## 二、 标记-清除 ##

标记清除就是用来解决循环引用的问题。  
只有容器对象才会出现引用循环，比如列表、字典、类、元组。 首先，为了追踪容器对象，需要每个容器对象维护两个额外的指针， 用来将容器对象组成一个链表，指针分别指向前后两个容器对象，方便插入和删除操作。  
在标记-清除算法中，有两个集中营，一个是`root`链表`(root object)`，另外一个是`unreachable`链表。

##### QA： 为什么要搞这两个链表 #####

之所以要剖成两个链表，是基于这样的一种考虑：现在的`unreachable`可能存在被`root`链表中的对象，直接或间接引用的对象，这些对象是不能被回收的，一旦在标记的过程中，发现这样的对象，就将其从`unreachable`链表中移到`root`链表中；当完成标记后，`unreachable`链表中剩下的所有对象就是名副其实的垃圾对象了，接下来的垃圾回收只需限制在`unreachable`链表中即可。

简单来说就是对已标记的对象进行重新筛查，随后真正删除。

> 标记清除（Mark—Sweep）』算法是一种基于追踪回收（`tracing GC`）技术实现的垃圾回收算法。它分为两个阶段：第一阶段是标记阶段，GC会把所有的『活动对象』打上标记，第二阶段是把那些没有标记的对象『非活动对象』进行回收。  
> 那么GC又是如何判断哪些是活动对象哪些是非活动对象的呢？  
> 对象之间通过引用（指针）连在一起，构成一个有向图，对象构成这个有向图的节点，而引用关系构成这个有向图的边。从根对象（root object）出发，沿着有向边遍历对象，可达的（reachable）对象标记为活动对象，不可达的对象就是要被清除的非活动对象。根对象就是全局变量、调用栈、寄存器。

![format_png][]

> 在上图中，我们把小黑圈视为全局变量，也就是把它作为root object，从小黑圈出发，对象1可直达，那么它将被标记，对象2、3可间接到达也会被标记，而4和5不可达，那么1、2、3就是活动对象，4和5是非活动对象会被GC回收。

--------------------

## 三、分代回收 ##

说到分代回收，就不得不提到gc的阈值和逻辑。  
`GC`的阈值，所谓阈值就是一个临界点的值。  
随着你的程序运行，Python解释器保持对新创建的对象，以及因为引用计数为零而被释放掉的对象的追踪。  
下面是`GC`的逻辑:

1. -> 1、分配内存
    2. -> 发现超过阈值了
    3. -> 触发垃圾回收
    4. -> 将所有可收集对象链表放到一起
    5. -> 遍历, 计算有效引用计数
    6. -> 分成 有效引用计数=0 和 有效引用计数 > 0 两个集合
    7. -> 大于0的, 放入到更老一代
    8. -> =0的, 执行回收
    9. -> 回收遍历容器内的各个元素, 减掉对应元素引用计数(破掉循环引用)
    10. -> 执行-1的逻辑, 若发现对象引用计数=0, 触发内存回收
    11. -> python底层内存管理机制回收内存

垃圾回收=垃圾检测+释放。

分代回收思想将对象分为三代（generation 0,1,2），0代表幼年对象，1代表青年对象，2代表老年对象。  
根据弱代假说（越年轻的对象越容易死掉，老的对象通常会存活更久。）  
新生的对象被放入0代，如果该对象在第0代的一次gc垃圾回收中活了下来，那么它就被放到第1代里面（它就升级了）。  
如果第1代里面的对象在第1代的一次gc垃圾回收中活了下来，它就被放到第2代里面。

> 可以通过gc.set\_threshold(threshold0\[,threshold1\[,threshold2\]\])设置gc每一代垃圾回收所触发的阈值。

从上一次第0代gc后，如果分配对象的个数减去释放对象的个数大于threshold0，那么就会对第0代中的对象进行gc垃圾回收检查。  
从上一次第1代gc后，如过第0代被gc垃圾回收的次数大于threshold1，那么就会对第1代中的对象进行gc垃圾回收检查。同样，从上一次第2代gc后，如过第1代被gc垃圾回收的次数大于threshold2，那么就会对第2代中的对象进行gc垃圾回收检查。

### 分代回收总结: ###

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将内存分为了三代，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。

一个代，Python将内存分为了三代，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。

[format_png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9naXRlZS5jb20vZ2FvaGFpaGFuZy9naGhzX3RlY2hub2xvZ3lfYmxvZy9yYXcvbWFzdGVyL2ltZy9yZXMvJUU2JUEwJTg3JUU4JUFFJUIwLSVFNiVCOCU4NSVFOSU5OSVBNC5wbmc?x-oss-process=image/format,png