Python的内存管理机制

内存管理机制：引用计数、垃圾回收、内存池。

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1. 简述

• 引用计数：引用计数是对变量引用次数的一种标记手段，对象被引用时，我们对其计数增加 1，当该对象不被引用时，我们对其计数减去 1，如果计数变成了 0，说明该对象没有被引用，此时我们就可以删除该对象。
• 垃圾回收：Python 中有三种垃圾回收机制，其中引用计数为主，还有标记清除和分代回收。
• 内存池：
  • Python 的内存分为大内存和小内存，分界点是 256K
  • malloc 分配大内存，内存池分配小内存
  • Python 的内存池是一个金字塔模型：最顶层是用户对对象的直接操作，中间是分配小内存，最底层是大内存。

2.垃圾回收

2.1引用计数是垃圾回收的主要机制

python中的一大特色是: 万物皆对象，在python中每一个对象的核心就是一个结构体PyObject,它的内部有一个引用计数器(ob_refcnt)

typedef struct_object {
int ob_refcnt;
struct_typeobject *ob_type;
} PyObject;

一个对象被创建出来的时候，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，就会在引用计数上加1，如果引用它的对象被删除，那么他的引用计数就会被减1。当引用计数变为0就会被垃圾回收机制回收。

引用计数的优点就是简单、实时性强，缺点就是维护性高，不能解决如下循环引用的情况

a=[1,2]
b=[3,4]
a.append(b)
b.append(a)
DEL a
DEL b

这种问题出现在可以循环的结构中List Dict Object等等，如上代码a、b间的引用都为1，而a、b被引用的对象删除后都各自减去1（所以他们各自的引用计数还是1），一直是1不会变化。这样的情况单单靠引用计数就无法解决了。 也就引入了下面的方法 标记-清除

2.2标记-清除

标记清除就是用来解决循环引用的问题的。

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。试想一下，现在有两种情况：

A：

a=[1,3]
b=[2,4]
a.append(b)
b.append(a)
del a
del b

B:

a=[1,3]
b=[2,4]
a.append(b)
b.append(a)
del a

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。

• 对于情景A，原来再未执行DEL语句的时候，a,b的引用计数都为2（init+append=2），但是在DEL执行完以后，a,b引用次数互相减1。a,b陷入循环引用的圈子中，然后标记-清除算法开始出来做事，找到其中一端a,开始拆这个a,b的引用环（我们从A出发，因为它有一个对B的引用，则将B的引用计数减1；然后顺着引用达到B，因为B有一个对A的引用，同样将A的引用减1，这样，就完成了循环引用对象间环摘除。），去掉以后发现，a,b循环引用变为了0，所以a,b就被处理到unreachable链表中直接被做掉。

• 对于情景B,简单一看那b取环后引用计数还为1，但是a取环，就为0了。这个时候a已经进入unreachable链表中，已经被判为死刑了，但是这个时候，root链表中有b。如果a被做掉，那世界上还有什么正义... ，在root链表中的b会被进行引用检测引用了a，如果a被做掉了，那么b就...凉凉，一审完事，二审a无罪，所以被拉到了root链表中。

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。

分代回收：

  了解分代回收，首先要了解一下，GC的阈值。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。从理论上说，创建==释放数量应该是这样子。但是如果存在循环引用的话，肯定是创建>释放数量，当创建数与释放数量的差值达到规定的阈值的时候，就需要用到分代回收。

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。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。

[参考链接-掘金-暴躁的热心网友皮皮文]