36. 在环状数据结构中管理内存

川长思鸟来 2023-07-02 04:27 9阅读 0赞

在Python中，垃圾回收器通过引用计数来回收垃圾对象。但某些环状数据结果（树、图、双向链表等），存在对象间的循环引用，比如树的父节点引用子节点，子节点同时也引用父节点。如果同时del掉引用父子节点，两个对象不能被立即回收。

要求：解决此类的内存管理问题。

解决方案：

使用标准库`weakref.ref`类，它可以创建一种能访问对象但不增加引用计数的对象。

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*  对于wekref模块：

class weakref.ref(object[, callback])

返回对对象的弱引用。如果原始对象仍然存活，则可以通过调用引用对象来检索原始对象；如果引用的原始对象不再存在，则调用引用对象将得到None。

Python 的弱引用模块weakref允许垃圾回收器（garbage collector）在一个对象没有强引用的时候回收内存。

对一个对象的弱引用，相对于通常的引用来说，如果一个对象有一个常规的引用，它是不会被垃圾回收器销毁的，但是如果一个对象只剩下一个弱引用，那么它可能被垃圾回收器收回。

*  对于引用计数：

要保持追踪内存中的对象，Python使用了引用计数这一简单的技术，当一个对象的引用计数为0时该对象会被释放，此时会调用析构函数。如果要显式的调用析构函数，可以使用del关键字。

`sys.getrefcount(a)`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。

>>> class A:
    	def __del__(self):              #析构函数
    		print('in __del__')
    
    		
    >>> a = A()
    
    >>> import sys
    
    >>> sys.getrefcount(a)              #a的引用计数为1
    2
    
    >>> a2 = a
    
    >>> sys.getrefcount(a)              #a的引用计数为2
    3
    
    >>> a2 = None
    
    >>> a = 1
    in __del__              #此时直接调用析构函数，说明引用计数已经为0

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*  解决方案：

import time
    
    class Node:
        def __init__(self, data):
            self.data = data
            self.left = None
            self.right = None
    
        def add_right(self, node):
            self.right = node
            node.left = self
    
        def __str__(self):              #打印node
            return 'None:<%s>' % self.data
    
        def __del__(self):              #查看释放过程
            print('in __del__: delete %s' % self)
    
    
    def create_linklist(n):
        head = current = Node(1)
        for i in range(2, n+1):
            node = Node(i)
            current.add_right(node)
            current = node
        return head
    
    head = create_linklist(1000)
    head = None             #令head引用计数减1
    
    for _ in range(1000):               #模拟程序运行
        time.sleep(1)
        print('run...')
    input('wait...')

此时在释放双向链表的head（头节点）时，内存一直无法释放，因为头节点的引用计数不为0，这就导致后面的节点的引用计数也不为0。

改进：使用弱引用，通过标准库`weakref.ref`类，创建一种能访问对象但不增加引用计数的对象。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L21pc3MxMTgxMjQ4OTgz_size_16_color_FFFFFF_t_70]

import time
    
    class Node:
        def __init__(self, data):
            self.data = data
            self._left = None
            self.right = None
    
        def add_right(self, node):
            self.right = node
            node._left = weakref.ref(self)              #创建弱引用
    
        @property
        def left(self):
            return self._left
    
        def __str__(self):
            return 'None:<%s>' % self.data
    
        def __del__(self):
            print('in __del__: delete %s' % self)
    
    
    def create_linklist(n):
        head = current = Node(1)
        for i in range(2, n+1):
            node = Node(i)
            current.add_right(node)
            current = node
        return head
    
    head = create_linklist(1000)
    head = None             #令head引用计数减1
    
    for _ in range(1000):               #模拟程序运行
        time.sleep(1)
        print('run...')
    input('wait...')

此时运行程序，可以看到析构函数的调用，即内存立即释放。

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