Python垃圾回收机制

Python 垃圾回收机制是“引用计数”为主，“标记-清除”和“分代回收”为辅。

 

1、引用计数（Reference Counting）

原理 ：Python的核心思想是，一切皆对象（Object）。每个对象会维护一个引用计数（ob_refcnt），当一个对象被引用时，它的引用计数会 +1；相反，当对象被取消引用时，它的引用计数则会 -1。当引用计数为 0 时，对象的生命就结束了，系统会回收该对象，并释放相应的内存；
 
实例 ：

import sys

print("Hello, World!")                              # 创建一个 "Hello, World!" 字符串对象并打印
print(id("Hello, World!"))                         # 打印 "Hello, World!" 的内存地址
print(sys.getrefcount("Hello, World!"))    # 打印 "Hello, World!" 的引用计数

a = "Hello, World!"                                   # 建立变量 a 对字符串对象的引用
print(id(a))                                               # 打印 a 的内存地址，是 "Hello, World!" 的内存地址
print(sys.getrefcount("Hello, World!"))    # 打印 "Hello, World!" 的引用计数, +1

b = a                                                        # 变量 b 通过 a 建立对 "Hello, World!" 对象的引用
print(id(b))                                               # 打印 a 的内存地址，是 "Hello, World!" 的内存地址
print(sys.getrefcount("Hello, World!"))    # 打印 "Hello, World!" 的引用计数, +1

del b
print(sys.getrefcount("Hello, World!"))    # 打印 "Hello, World!" 的引用计数, -1
del a
print(sys.getrefcount("Hello, World!"))    # 打印 "Hello, World!" 的引用计数, -1

执行结果：

Hello, World!        # 字符串对象的打印结果
4374614320       # 字符串对象的内存地址
3                           # 字符串对象的引用计数

4374614320       # 变量 a 的 id，其实是字符串的 id
4                           # 字符串的引用计数 +1

4374614320       # 变量 b 的 id，其实是字符串的 id
5                          # 字符串的引用计数 +1

4                          # 删除变量 b，字符串引用计数 -1
3                          # 删除变量 a，字符串引用计数 -1

 
引用计数 +1 的情况

• 对象被创建。例如，a='Hello, World!'；
• 对象被引用。例如，a=b；
• 对象被作为元素，存储在容器中。例如，collection=[a, 'This is Allen.']；
• 对象被作为参数，传入到函数中。例如，func(a)；

 
引用计数 -1 的情况

• 变量名被删除。例如，del a；
• 变量名指向其它对象。例如，a=3；
• 对象所在的容器被删除，或从容器中删除对象。例如，collection.pop(0)；
• 对象离开所在的作用域。例如，函数执行完毕，func()函数中的局部变量；

 
优点 ：简单、易于理解，有很高的实时性，一旦没有引用，内存就直接释放；

 
缺点 ：维护引用计数需要消耗资源，无法解决循环引用的问题；

 

2、标记-清除（Mark and Sweep）

原理 ：顾名思义，先标记（垃圾检测），再清除（垃圾回收）。对象之间通过引用连在一起，构成一个有向图，对象是有向图的节点，而引用关系构成这个有向图的边。从根对象（全局变量、调用栈、寄存器）出发，沿着有向边遍历对象，可达的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。

在上图中，从黑点（根对象）出发，对象1、2、3可达，被标记为活动对象，对象4、5不可达，为非活动对象，会被回收。标记清除算法维护了一个双向链表数据结构，主要用于处理list、tuple、dict等一些容器对象的循环引用问题，字符串、数值对象不存在循环引用问题。
 
优点 ：解决了循环引用问题；
 
缺点 ：每次都要遍历全图，性能耗费较大；

 

3、分代回收（Generational Collection）

原理 ：Python 将所有对象分为3代，每一代都维护一个链表。刚创建的对象是第0代；经过第一次垃圾回收后，依然存在的对象，会被移动到第1代，再经过一次垃圾回收，依然存在的会被移动到第2代。每一代都有自动垃圾回收的阀值（可以指定）。当垃圾回收器中新增对象减去删除对象达到相应的阈值时，就会对这一代对象启动垃圾回收。

分代回收是一种以空间换时间的操作方式，是建立在标记清除的基础之上，作为Python的辅助垃圾回收机制处理容器对象。