Python垃圾回收機制的原理

本篇內容介紹了“Python垃圾回收機制的原理”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

　　引用計數器為主

　　標記清除和分代回收為輔

　　+ 緩存機制

　　1. 引用計數器

　　1.1 環狀雙向鏈表 refchain

　　在python程序中創建的任何對象都會放在refchain鏈表中。

　　#define PyObject_HEAD PyObject ob_base;

　　#define PyObject_VAR_HEAD PyVarObject ob_base;

　　// 宏定義，包含 上一個、下一個，用于構造雙向鏈表用。(放到refchain鏈表中時要用到)

　　#define _PyObject_HEAD_EXTRA \

　　struct _object *_ob_next; \

　　struct _object *_ob_prev;

　　name = "阿瑋"

　　age = 18

　　hobby = ["健身", "美女"]

　　內部會創建一些數據 [ 上一個對象、下一個對象、類型、引用個數 ]

　　name = "阿瑋"

　　new = name # 引用個數變成2

　　內部會創建一些數據 [ 上一個對象、下一個對象、類型、引用個數、val=18 ]

　　age = 18

　　內部會創建一些數據 [ 上一個對象、下一個對象、類型、引用個數、items=元素、元素個數 ]

　　hobby = ["健身", "美女"]

　　#define PyObject_HEAD PyObject ob_base;

　　#define PyObject_VAR_HEAD PyVarObject ob_base;

　　// 宏定義，包含 上一個、下一個，用于構造雙向鏈表用。(放到refchain鏈表中時要用到)

　　#define _PyObject_HEAD_EXTRA \

　　struct _object *_ob_next; \

　　struct _object *_ob_prev;

　　typedef struct _object {

　　_PyObject_HEAD_EXTRA; // 用于構造雙向鏈表

　　Py_ssize_t ob_refcnt; // 引用計數器

　　struct _typeobject *ob_type; // 數據類型

　　} PyObject;

　　typedef struct {

　　PyObject ob_base; // PyObject對象

　　Py_ssize_t ob_size; // Number of items in variable part，即：元素個數

　　} PyVarObject;

　　在C源碼中如何體現每個對象中都有的相同的值：PyObject結構體(4個值)。

　　有多個元素組成的對象：PyObject結構體(4個值)+ ob_size = PyVarObject。

　　1.2 類型封裝結構體

　　float類型

　　typedef struct {

　　PyObject_HEAD;

　　double ob_fval;

　　};

　　data = 3.14;

　　內部會創建：

　　_ob_next = refchain中的下一個對象

　　_ob_prev = refchain中的上一個對象

　　ob_refcnt = 1

　　ob_type = float

　　ob_fval = 3.14

　　int類型

　　struct _longobect {

　　PyObject_VAR_HEAD;

　　digit ob_dit[1];

　　};

　　/* Long (arbitrary precision) integer object interface */

　　typedef struct _longobject PyLongObject; /* Revealed in longintrepr.h */

　　list類型

　　typedef struct {

　　PyObject_VAR_HEAD;

　　PyObject ** ob_item;

　　Py_ssize_t allocated;

　　} PyListObject;

　　tuple類型

　　typedef struct {

　　PyObject_VAR_HEAD;

　　PyObject *ob_item[1];

　　} PyTupleObject;

　　dict類型

　　typedef struct {

　　PyObject_HEAD;

　　Py_ssize_t ma_used;

　　PyDictKeyObject *ma_keys;

　　PyObject **ma_values;

　　} PyDictObject;

　　1.3 引用計數器

　　v1 = 3.14

　　v2 = 999

　　v3 = (1,2,3)

　　當python程序運行時，會根據數據類型的不同找到其結構體，根據結構體中的字段來進行創建相關的數據，然后將對象添加到refchain雙向鏈表中。

　　在C源碼中有兩個關鍵的結構體：PyObject、PyVarObject。

　　每個對象中有 ob_refcnt 就是引用計數器，值默認為1，當有其他變量引用這個對象時，引用計數器就會發生變化。

　　引用

　　a = 99999

　　b = a

　　# 此時 99999 這個對象引用計數器的值為2

　　'''

　　下面情況會導致引用計數器+1：

　　1.對象被創建，如 a = 2

　　2.對象被引用，如 b = a

　　3.對象被作為參數，傳入到一個函數中

　　4.對象作為一個元素，存儲在容器中

　　可以通過sys包中的getrefcount()來獲取一個名稱所引用的對象當前的引用計數器的值(注意這里getrefcount()本身會使得引用計數器+1)

　　'''

　　刪除引用

　　a = 99999

　　b = a

　　# b變量刪除，b對應對象的引用計數器-1

　　def b

　　# a變量刪除，a對應對象的引用計數器-1

　　'''

　　下面情況會導致引用計數器-1：

　　1.變量被顯示銷毀 del

　　2.變量被賦予新的對象

　　3.一個對象離開它的作用域

　　4.對象所在的容器被銷毀或從容器中刪除對象

　　'''

　　# 當一個對象的引用計數器為0時，意味著沒有人再使用這個對象了，這個對象就是垃圾，垃圾回收。

　　# 回收：1.對象從rechain鏈表移出。2.將對象銷毀，內存歸還。

　　1.4 循環引用問題

　　由于 v1 指向的對象引用了 v2，v2 指向的對象也引用了 v1，當將 v1、v2 兩個變量刪除時，雖然引用計數器會減1，但是兩個對象間還存在循環引用，而此時已經沒有變量能去指向它們，這兩個對象就會在內存中常駐無法處理。

　　2. 標記清除

　　目的：為了解決引用計數器循環引用的問題。

　　實現：在python的底層再維護一個鏈表，鏈表中專門放哪些可能存在循環應用的對象(容器類對象：list、tuple、dict、set)。

　　在Python內部某種情況下觸發，會去掃描可能存在循環引用的鏈表中的每個元素，檢查是否有循環引用，如果有則讓雙方的引用計數器-1;如果是0則垃圾回收。

　　2.1 標記階段

　　遍歷所有對象，如果是可達的(reachable)，也就是還有對象引用它，那么就將該對象標記為可達

　　該階段從某個對象開始掃描(而不是從變量)，如果變量A引用了變量B，則將變量B的引用計數器-1(指的是gc_ref)，然后掃描變量B鄭州人流手術醫院 http://wap.zyfuke.com/

　　如圖所示，link1、link2、link3形成了一個引用環，link4自引用。從link1開始掃描，link1引用了link2，則link2的gc_ref-1，接著掃描link2…

　　像這也將鏈表中所有對象考察一遍后，兩個鏈表中的對象ref_count和gc_ref圖如所示，這一步操作就相當于解除了循環引用對引用計數器的影響

　　如果gc_ref為0，則將對象標記為 GC_TENTATIVELY_UNREACHABLE，并且被移至”Unreachable“鏈表中，如下圖link3、link4(我覺得link2應該也是)

　　如果gc_ref不為0，那么這個對象會被標記為可達的GC_REACHABLE，同時當gc發現有一個節點是可達的，那么它會遞歸式的從該節點觸發將所有可達的節點標記為GC_REACHABLE，這樣把link2、link3救回來

　　2.2 清除階段

　　將被標記成 GC_UNREACHABLE 的對象銷毀，內存歸還(也就是Unreachable鏈表中的對象)

　　2.3 標記清除的問題

　　在標記清除算法開始后，會暫停整個應用程序，等待標記清除結束后才會恢復應用的運行，且對循環引用的掃描代價大，每次掃描耗時可能很久

　　3. 分代回收

　　將可能存在循環引用的對象維護成3個鏈表：

　　0代：0代中對象個數達到700個掃描一次

　　1代：0代掃描10次，則1代掃描一次

　　2代：1代掃描10次，則2代掃描一次

　　4. 小結

　　在python中維護了一個refchain的雙向環狀鏈表，這個鏈表中存儲程序創建的所有對象，每種類型的對象都有一個ob_refcnt引用計數器的值，當引用計數器變為0時會進行垃圾回收(對象銷毀、refchain中移出)。

　　但是，在python中對于那些可以有多個元素組成的對象可能會存在循環引用的問題，為了解決這個問題，python又引入了標記清除和分代回收，在其內部維護了4個鏈表，分別為：

　　refchain

　　2代

　　1代

　　0代

　　在源碼內部，當達到各自的閾值時，就會觸發掃描鏈表進行標記清除的動作(有循環引用則各自-1)。

　　But，源碼內部在上述流程中提出了優化機制。

“Python垃圾回收機制的原理”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！