python 垃圾收集機(jī)制的實(shí)例詳解

pythonn垃圾收集方面的內(nèi)容如果要細(xì)講還是挺多的，這里只是做一個(gè)大概的概括

Python最主要和絕大多數(shù)時(shí)候用的都是引用計(jì)數(shù),每一個(gè)PyObject定義如下：

#define PyObject_HEAD          \ 
  Py_ssize_t ob_refcnt;        \ 
  struct _typeobject *ob_type; 
typedef struct _object { 
  PyObject_HEAD 
} PyObject; 

每個(gè)pyobject都有一個(gè)refcnt來(lái)記錄他們自己的引用數(shù)，一旦引用數(shù)為0，就進(jìn)行回收

引用計(jì)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性，一旦沒(méi)有其他對(duì)象引用了，就能立馬進(jìn)行回收，看起來(lái)十分不錯(cuò)，但為什么好多語(yǔ)言都沒(méi)有采用該方案，因?yàn)橐糜?jì)數(shù)有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，無(wú)法解決循環(huán)引用問(wèn)題，比如:

a = [] 
b = [] 
a.append(b) 
b.append(a) 

其實(shí)并沒(méi)有其他變量引用a,b那么他們實(shí)際上應(yīng)該被回收掉，但由于相互引用的關(guān)系，他們的引用數(shù)都為1，無(wú)法被回收。

在python中，相互引用的問(wèn)題僅僅存在與容器里面，例如list,dictionary,class,instance。為了解決該問(wèn)題，python引入了標(biāo)記——清除和分代——回收另外兩種機(jī)制。

事實(shí)上，python中的容器并沒(méi)有之前講的那么簡(jiǎn)單，在pyobject_head之前，還有一個(gè)PyGC_head,也就是專門(mén)用來(lái)處理容器的循環(huán)引用問(wèn)題的。

typedef union _gc_head { 
  struct { 
    union _gc_head *gc_next; 
    union _gc_head *gc_prev; 
    Py_ssize_t gc_refs; 
  } gc; 
  long double dummy; /* force worst-case alignment */ 
} PyGC_Head; 

所有創(chuàng)建的容器類的對(duì)象都會(huì)被記錄到可收集對(duì)象鏈表中，通過(guò)上面的結(jié)構(gòu)我們可以知道其實(shí)是構(gòu)建了一個(gè)雙向鏈表，這樣我們就可以來(lái)跟蹤所有可能產(chǎn)生循環(huán)引用的情況了。而像int,string等簡(jiǎn)單的不是容器類型的，只要引用技術(shù)為0，就會(huì)被回收。但是如果頻繁的malloc和free會(huì)嚴(yán)重影響效率，所以python采用了大量的對(duì)象池來(lái)提高效率。

標(biāo)記——清除包括了垃圾回收的兩個(gè)方面：（1）尋找可以回收的對(duì)象（2）回收對(duì)象，python中的標(biāo)記會(huì)從root object開(kāi)始，遍歷所有容器類對(duì)象，查找出可以通過(guò)引用來(lái)到達(dá)的一些對(duì)象，把他們放到由reachable維護(hù)的鏈表中,對(duì)于不能到達(dá)的放到unbreachable維護(hù)的鏈表中，此過(guò)程結(jié)束之后，對(duì)unreachable里面的元素進(jìn)行回收即可。

那么如何對(duì)應(yīng)之前循環(huán)引用的情況呢？python里面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有效的引用數(shù)，存在gc.gc_refs里面，像上面的a，b真實(shí)引用數(shù)為1，但有效的引用數(shù)為0（循環(huán)中的引用數(shù)都減1），由于不能直接改pyobjec里面的refcnt，否則會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題，我們可以將有效的引用數(shù)記到gc.gc_refs里面，那么a,b 的真實(shí)有效引用數(shù)都為0，所以他們可以被回收。

下面是另外一種情況：

a = [] 
b = [] 
c = a 
a.append(b) 
b.append(a) 

這里ab也是循環(huán)引用，但是多了c來(lái)引用a，通過(guò)計(jì)算循環(huán)中的有效引用計(jì)數(shù)可得a的引用數(shù)為1,b的引用數(shù)為0，看起來(lái)b應(yīng)該被回收，但實(shí)際上因?yàn)閍是不可被回收的，a又引用了b，所以b也會(huì)被放入在reachable鏈表中，不被回收，其gc.gc_refs還是會(huì)被置1的。

另外一種分代回收，是說(shuō)內(nèi)存中有的對(duì)象會(huì)頻繁的malloc和free，有的則比較長(zhǎng)久，如果一個(gè)對(duì)象經(jīng)過(guò)多次垃圾收集和清除之后還存在的話，那么我們就可以認(rèn)為，這個(gè)對(duì)象是長(zhǎng)時(shí)間有用的，不用去頻繁檢測(cè)回收它。python中分為3代，分別是3個(gè)鏈表維護(hù)，0代最多維護(hù)700個(gè)對(duì)象，1代10個(gè)，2代10個(gè)，如果對(duì)象超過(guò)這個(gè)數(shù)了，就會(huì)調(diào)用標(biāo)記——清除算法來(lái)進(jìn)行回收?？梢韵氲?，0代的對(duì)象經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)到1代2代中去，然后對(duì)它們的檢測(cè)回收會(huì)相比于0代的不那么頻繁了

要注意的是，python主要的機(jī)制還是引用技術(shù)，標(biāo)記——清除和分代收集只是為了彌補(bǔ)引用計(jì)數(shù)的缺點(diǎn)而添加的，也就是說(shuō)，后兩者基本只在容器類的循環(huán)引用上能發(fā)揮作用

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