Python 内存管理 & 垃圾回收

非人话定义

• 引用计数器为主
• 标记清楚和分代回收为辅
• • 缓存机制

Python 垃圾回收

引用计数器

1. 环状的双向链表 refchain , 循环双向链表

python 创建的任何对象都会放在refchain链表中。

name="gsz"
age=27
hobby =["游泳"]

name="gsz" 内部会创建一些数据【上一个对象、下一个对象、类型、引用的个数】
new= name 这个时候new会直接应用，并且引用个数+1

age=27 内部会创建一些数据【上一个对象、下一个对象、类型、引用的个数、value=18】

hobby =["游泳"] 内部会创建一些数据【上一个对象、下一个对象、类型、引用的个数、items=元素、元素个数】

在C源码中，通过PyObject结构体（4个值）体现每个对象都有相同的值

多个元素组成的对象，PyObject+ob_size

2. 类型封装结构

data=3.14

内部会创建：
    _ob_pre = refchain中的上一个对象
    _ob_next = refchain中的下一个对象
    ob_refcnt=1
    ob_type=float
    ob_fval = 3.13

3. 引用计数器

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

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refchain双线链表中。

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，默认值为1，当其他变量引用对象时，应用计数器就会发生变化。

# 引用
a=999
b=a # 计数器+1
# 删除引用
a=999
b=a  # a和b指向同一个对象
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，意味着没有人在使用这个对象了，这个对象就是垃圾，然后进行垃圾回收。
回收：1.将对象从reflchain链表移除；2.将对象销毁，内存归还。

4. 循环引用存在问题

v1 = [1,2,3]
v2 = [4,5,6]
v1.append(v2) # 引用计数器+1=2
v2.append(v1) # 引用计数器+1=2
del v1 # 引用计数器-1
del v2 # 引用计数器-1

此时，变量v1,v2删除，但是指向的数据对象并没有销毁，这些数据一直存在内存中

标记清除

目的：为了解决引用计数器循环引用的不足

实现方法： 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等可能被引用的数据）

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

也存在问题：

• 什么时候扫描？
• 链表扫描代价大，耗时久

分代回收

1. 将可能存在循环引用的对象维护成三个链表：
   • 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，1代扫描一次
   • 2代： 1代扫描10次，2代扫描一次

     总结

python中维护了一个refchain的双向环状链表，这个链表中存储程序创建的对象，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会存在循环引用的问题，为了解决这个问题python又引用标记清除和分代回收，在内部为四个链表。

在源码内部当达到各自的阈值，就会触发扫描链表进行标记清除的东走（有循环则各自-1）

但是，源码内部在上述的流程中提出了优化机制

缓存机制

1. 池

为了避免重复创建和销毁常见对象，维护池。

# 启动解释器时，python内部会帮助创建-5，-4，...257
v1 = 7 # 内部不会开辟，直接去池中获取
v2 = 9 # 内部不会开辟，直接去池中获取
v3 = 9 # 内部不会开辟，直接去池中获取

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，以后再创建对象时，不会重新开辟内存，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的那几个值，并存到refchain中
del v1  # refchain中移除，将对象添加到free_list中，当free_list满了则销毁
v9 =99.99 # 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，再放到refchain中

参考：https://pythonav.com/wiki/detail/6/88/