Python语法入门之垃圾回收机制

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1.什么是垃圾回收机制

垃圾回收机制（简称GC）是Python解释器自带一种机制，专门用来回收不可用的变量值所占用的内存空间

2.为什么要用垃圾回收机制

1.解释器在执行到定义变量的语法时，会申请内存空间来存放变量的值，而内存的容量是有限的，对于一些无用的内存空间如果不及时清理的话会导致内存使用殆尽（内存溢出），导致程序崩溃

2.当一个变量值不再绑定任何引用时，我们就无法再访问到该变量值了，该变量值自然就是没有用的，就应该被当成一个垃圾回收

x = 10  # 10的引用计数为1
del x  # 10的引用计数为0

3.理解GC原理的部分知识

3.1堆区与栈区

在定义变量时，变量名与变量值都是需要存储的，分别对应内存中的两块区域：堆区与栈区。

1、变量名与值内存地址的关联关系存放于栈区

2、变量值存放于堆区，内存管理回收的则是堆区的内容

3.2直接引用和间接引用

直接引用指的是从栈区出发直接引用到的内存地址

间接引用指的是从栈区出发引用到堆区后，再通过进一步引用才能到达的内存地址

x = 10  # 10被x直接引用
l1 = [x,20]  #列表被l1直接引用，然后x的内存地址和20再被列表间接引用

4.垃圾回收机制原理分析

4.1引用计数

引用计数就是：变量值被变量名关联的次数

如：age=18

变量值18被关联了一个变量名age，称之为引用计数为1

值18的引用计数一旦变为0，其占用的内存地址就应该被解释器的垃圾回收机制回收

4.2引用计数的问题

4.2.1问题一：循环引用

如下我们定义了两个列表，简称列表1与列表2，变量名l1指向列表1，变量名l2指向列表2
>>> l1=['xxx']  # 列表1被引用一次，列表1的引用计数变为1   
>>> l2=['yyy']  # 列表2被引用一次，列表2的引用计数变为1   
>>> l1.append(l2)             # 把列表2追加到l1中作为第二个元素，列表2的引用计数变为2
>>> l2.append(l1)             # 把列表1追加到l2中作为第二个元素，列表1的引用计数变为2

# l1与l2之间有相互引用
# l1 = ['xxx'的内存地址,列表2的内存地址]
# l2 = ['yyy'的内存地址,列表1的内存地址]
>>> l1
['xxx', ['yyy', [...]]]
>>> l2
['yyy', ['xxx', [...]]]
>>> l1[1][1][0]
'xxx'

>>> del l1 # 列表1的引用计数减1，列表1的引用计数变为1
>>> del l2 # 列表2的引用计数减1，列表2的引用计数变为1
此时l1与'xxx'内存地址,l2与'yyy'内存地址的直接引用取消，只剩下l1和l2的相互引用
但此时两个列表的引用计数均不为0，但两个列表不再被任何其他对象关联，没有任何人可以再引用到它们，所以它俩占用内存空间应该被回收，但由于相互引用的存在，每一个对象的引用计数都不为0，因此这些对象所占用的内存永远不会被释放，所以循环引用是致命的，这与手动进行内存管理所产生的内存泄露毫无区别

解决方法：标记/清除

核心：一个变量值没有任意一条来自栈区的引用就会被标记，以便清除

标记/清除算法的做法是当应用程序可用的内存空间被耗尽的时，就会停止整个程序，然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除

标记：遍历所有的GC Roots对象(栈区中的所有内容或者线程都可以作为GC Roots对象），然后将所有GC Roots的对象可以直接或间接访问到的对象标记为存活的对象，其余的均为非存活对象，应该被清除

清除：清除的过程将遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象全部清除掉

由于从栈区出发，没有任意一条直接或间接引用到达l1和l2，所以l1和l2没有被标记存活，就被清理

4.2.2问题二：效率问题

基于引用计数的回收机制，每次回收内存，都需要把所有对象的引用计数都遍历一遍，这是非常消耗时间的，于是引入了分代回收来提高回收效率，分代回收采用的是用“空间换时间”的策略

解决方法：分代回收

分代：在历经多次扫描的情况下，都没有被回收的变量，GC机制就会认为，该变量是常用变量，GC对其扫描的频率会降低

回收：回收依然是使用引用计数作为回收的依据

分代回收的缺点：比如一个变量值刚被提升了等级，就被取消了变量名的引用，应当被清理，但是由于等级被提升，所以没能得到及时清理。

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