python教程欄目今天來(lái)剖析Python垃圾回收機(jī)制！

PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

1、垃圾回收

引用計(jì)數(shù)器為主、分代碼回收和標(biāo)記清除為輔PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

1.1 大管家refchain

在Python的C源碼中有一個(gè)名為refchain的環(huán)狀雙向鏈表，這個(gè)鏈表比較牛逼了，因?yàn)镻ython程序中一旦創(chuàng)建對(duì)象都會(huì)把這個(gè)對(duì)象添加到refchain這個(gè)鏈表中。也就是說(shuō)他保存著所有的對(duì)象。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

1.2 引用計(jì)數(shù)器在refchain中的所有對(duì)象內(nèi)部都有一個(gè)ob_refcnt用來(lái)保存當(dāng)前對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器，顧名思義就是自己被引用的次數(shù)。當(dāng)值被多次引用時(shí)候，不會(huì)在內(nèi)存中重復(fù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)，而是引用計(jì)數(shù)器+1 。 當(dāng)對(duì)象被銷(xiāo)毀時(shí)候同時(shí)會(huì)讓引用計(jì)數(shù)器-1,如果引用計(jì)數(shù)器為0，則將對(duì)象從refchain鏈表中摘除，同時(shí)在內(nèi)存中進(jìn)行銷(xiāo)毀（暫不考慮緩存等特殊情況）。age = 18number = age # 對(duì)象18的引用計(jì)數(shù)器 + 1del age # 對(duì)象18的引用計(jì)數(shù)器 - 1def run(arg): print(arg) run(number) # 剛開(kāi)始執(zhí)行函數(shù)時(shí)，對(duì)象18引用計(jì)數(shù)器 + 1，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢之后，對(duì)象18引用計(jì)數(shù)器 - 1 。num_list = [11,22,number] # 對(duì)象18的引用計(jì)數(shù)器 + 1復(fù)制代碼1.3 標(biāo)記清除&分代回收

基于引用計(jì)數(shù)器進(jìn)行垃圾回收非常方便和簡(jiǎn)單，但他還是存在循環(huán)引用的問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法正常的回收一些數(shù)據(jù)，例如：PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

v1 = [11,22,33] # refchain中創(chuàng)建一個(gè)列表對(duì)象，由于v1=對(duì)象，所以列表引對(duì)象用計(jì)數(shù)器為1.v2 = [44,55,66] # refchain中再創(chuàng)建一個(gè)列表對(duì)象，因v2=對(duì)象，所以列表對(duì)象引用計(jì)數(shù)器為1.v1.append(v2) # 把v2追加到v1中，則v2對(duì)應(yīng)的[44,55,66]對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器加1，**終為2.v2.append(v1) # 把v1追加到v1中，則v1對(duì)應(yīng)的[11,22,33]對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器加1，**終為2.del v1 # 引用計(jì)數(shù)器-1del v2 # 引用計(jì)數(shù)器-1復(fù)制代碼對(duì)于上述代碼會(huì)發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行del操作之后，沒(méi)有變量再會(huì)去使用那兩個(gè)列表對(duì)象，但由于循環(huán)引用的問(wèn)題，他們的引用計(jì)數(shù)器不為0，所以他們的狀態(tài)：永遠(yuǎn)不會(huì)被使用、也不會(huì)被銷(xiāo)毀。項(xiàng)目中如果這種代碼太多，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存一直被消耗，直到內(nèi)存被耗盡，程序崩潰。為了解決循環(huán)引用的問(wèn)題，引入了標(biāo)記清除技術(shù)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)那些可能存在循環(huán)引用的對(duì)象進(jìn)行特殊處理，可能存在循環(huán)應(yīng)用的類(lèi)型有：列表、元組、字典、集合、自定義類(lèi)等那些能進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌套的類(lèi)型。

標(biāo)記清除：創(chuàng)建特殊鏈表專(zhuān)門(mén)用于保存 列表、元組、字典、集合、自定義類(lèi)等對(duì)象，之后再去檢查這個(gè)鏈表中的對(duì)象是否存在循環(huán)引用，如果存在則讓雙方的引用計(jì)數(shù)器均 - 1 。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

分代回收：對(duì)標(biāo)記清除中的鏈表進(jìn)行優(yōu)化，將那些可能存在循引用的對(duì)象拆分到3個(gè)鏈表，鏈表稱(chēng)為：0/1/2三代，每代都可以存儲(chǔ)對(duì)象和閾值，當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，就會(huì)對(duì)相應(yīng)的鏈表中的每個(gè)對(duì)象做一次掃描，除循環(huán)引用各自減1并且銷(xiāo)毀引用計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

// 分代的C源碼#define NUM_GENERATIONS 3struct gc_generation generations[NUM_GENERATIONS] = { /* PyGC_Head, threshold, count */ {{(uintptr_t)_GEN_HEAD(0), (uintptr_t)_GEN_HEAD(0)}, 700, 0}, // 0代 {{(uintptr_t)_GEN_HEAD(1), (uintptr_t)_GEN_HEAD(1)}, 10, 0}, // 1代 {{(uintptr_t)_GEN_HEAD(2), (uintptr_t)_GEN_HEAD(2)}, 10, 0}, // 2代};復(fù)制代碼

特別注意：0代和1、2代的threshold和count表示的意義不同。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

0代，count表示0代鏈表中對(duì)象的數(shù)量，threshold表示0代鏈表對(duì)象個(gè)數(shù)閾值，超過(guò)則執(zhí)行一次0代掃描檢查。 1代，count表示0代鏈表掃描的次數(shù)，threshold表示0代鏈表掃描的次數(shù)閾值，超過(guò)則執(zhí)行一次1代掃描檢查。 2代，count表示1代鏈表掃描的次數(shù)，threshold表示1代鏈表掃描的次數(shù)閾值，超過(guò)則執(zhí)行一2代掃描檢查。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

1.4 情景模擬

根據(jù)C語(yǔ)言底層并結(jié)合圖來(lái)講解內(nèi)存管理和垃圾回收的詳細(xì)過(guò)程。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

第一步：當(dāng)創(chuàng)建對(duì)象age=19時(shí)，會(huì)將對(duì)象添加到refchain鏈表中。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

第二步：當(dāng)創(chuàng)建對(duì)象num_list = [11,22]時(shí)，會(huì)將列表對(duì)象添加到 refchain 和 generations 0代中。 PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

第三步：新創(chuàng)建對(duì)象使generations的0代鏈表上的對(duì)象數(shù)量大于閾值700時(shí)，要對(duì)鏈表上的對(duì)象進(jìn)行掃描檢查。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

當(dāng)0代大于閾值后，底層不是直接掃描0代，而是先判斷2、1是否也超過(guò)了閾值。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

如果2、1代未達(dá)到閾值，則掃描0代，并讓1代的 count + 1 。如果2代已達(dá)到閾值，則將2、1、0三個(gè)鏈表拼接起來(lái)進(jìn)行全掃描，并將2、1、0代的count重置為0.如果1代已達(dá)到閾值，則講1、0兩個(gè)鏈表拼接起來(lái)進(jìn)行掃描，并將所有1、0代的count重置為0.

對(duì)拼接起來(lái)的鏈表在進(jìn)行掃描時(shí)，主要就是剔除循環(huán)引用和銷(xiāo)毀垃圾，詳細(xì)過(guò)程為：PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

掃描鏈表，把每個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器拷貝一份并保存到 gc_refs中，保護(hù)原引用計(jì)數(shù)器。再次掃描鏈表中的每個(gè)對(duì)象，并檢查是否存在循環(huán)引用，如果存在則讓各自的gc_refs減 1 。再次掃描鏈表，將 gc_refs 為 0 的對(duì)象移動(dòng)到unreachable鏈表中；不為0的對(duì)象直接升級(jí)到下一代鏈表中。處理unreachable鏈表中的對(duì)象的 析構(gòu)函數(shù) 和 弱引用，不能被銷(xiāo)毀的對(duì)象升級(jí)到下一代鏈表，能銷(xiāo)毀的保留在此鏈表。析構(gòu)函數(shù)，指的就是那些定義了__del__方法的對(duì)象，需要執(zhí)行之后再進(jìn)行銷(xiāo)毀處理。**后將 unreachable 中的每個(gè)對(duì)象銷(xiāo)毀并在refchain鏈表中移除（不考慮緩存機(jī)制）。

至此，垃圾回收的過(guò)程結(jié)束。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

1.5 緩存機(jī)制

從上文大家可以了解到當(dāng)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器為0時(shí)，就會(huì)被銷(xiāo)毀并釋放內(nèi)存。而實(shí)際上他不是這么的簡(jiǎn)單粗暴，因?yàn)榉磸?fù)的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀會(huì)使程序的執(zhí)行效率變低。Python中引入了“緩存機(jī)制”機(jī)制。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

例如：引用計(jì)數(shù)器為0時(shí)，不會(huì)真正銷(xiāo)毀對(duì)象，而是將他放到一個(gè)名為 free_list 的鏈表中，之后會(huì)再創(chuàng)建對(duì)象時(shí)不會(huì)在重新開(kāi)辟內(nèi)存，而是在free_list中將之前的對(duì)象來(lái)并重置內(nèi)部的值來(lái)使用。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

float類(lèi)型，維護(hù)的free_list鏈表**多可緩存100個(gè)float對(duì)象。 v1 = 3.14 # 開(kāi)辟內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)float對(duì)象，并將對(duì)象添加到refchain鏈表。 print( id(v1) ) # 內(nèi)存地址：4436033488 del v1 # 引用計(jì)數(shù)器-1，如果為0則在rechain鏈表中移除，不銷(xiāo)毀對(duì)象，而是將對(duì)象添加到float的free_list. v2 = 9.999 # 優(yōu)先去free_list中獲取對(duì)象，并重置為9.999，如果free_list為空才重新開(kāi)辟內(nèi)存。 print( id(v2) ) # 內(nèi)存地址：4436033488 # 注意：引用計(jì)數(shù)器為0時(shí)，會(huì)先判斷free_list中緩存?zhèn)€數(shù)是否滿了，未滿則將對(duì)象緩存，已滿則直接將對(duì)象銷(xiāo)毀。復(fù)制代碼int類(lèi)型，不是基于free_list，而是維護(hù)一個(gè)small_ints鏈表保存常見(jiàn)數(shù)據(jù)（小數(shù)據(jù)池），小數(shù)據(jù)池范圍：-5 <= value < 257。即：重復(fù)使用這個(gè)范圍的整數(shù)時(shí)，不會(huì)重新開(kāi)辟內(nèi)存。 v1 = 38 # 去小數(shù)據(jù)池small_ints中獲取38整數(shù)對(duì)象，將對(duì)象添加到refchain并讓引用計(jì)數(shù)器+1。 print( id(v1)) #內(nèi)存地址：4514343712 v2 = 38 # 去小數(shù)據(jù)池small_ints中獲取38整數(shù)對(duì)象，將refchain中的對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器+1。 print( id(v2) ) #內(nèi)存地址：4514343712 # 注意：在解釋器啟動(dòng)時(shí)候-5~256就已經(jīng)被加入到small_ints鏈表中且引用計(jì)數(shù)器初始化為1， # 代碼中使用的值時(shí)直接去small_ints中拿來(lái)用并將引用計(jì)數(shù)器+1即可。另外，small_ints中的數(shù)據(jù)引用計(jì)數(shù)器永遠(yuǎn)不會(huì)為0 # （初始化時(shí)就設(shè)置為1了），所以也不會(huì)被銷(xiāo)毀。復(fù)制代碼str類(lèi)型，維護(hù)unicode_latin1[256]鏈表，內(nèi)部將所有的ascii字符緩存起來(lái)，以后使用時(shí)就不再反復(fù)創(chuàng)建。 v1 = "A" print( id(v1) ) # 輸出：4517720496 del v1 v2 = "A" print( id(v1) ) # 輸出：4517720496 # 除此之外，Python內(nèi)部還對(duì)字符串做了駐留機(jī)制，針對(duì)只含有字母、數(shù)字、下劃線的字符串（見(jiàn)源碼Objects/codeobject.c），如果 # 內(nèi)存中已存在則不會(huì)重新在創(chuàng)建而是使用原來(lái)的地址里（不會(huì)像free_list那樣一直在內(nèi)存存活，只有內(nèi)存中有才能被重復(fù)利用）。 v1 = "asdfg" v2 = "asdfg" print(id(v1) == id(v2)) # 輸出：True復(fù)制代碼

list類(lèi)型，維護(hù)的free_list數(shù)組**多可緩存80個(gè)list對(duì)象。PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

v1 = [11,22,33] print( id(v1) ) # 輸出：4517628816del v1 v2 = ["你","好"] print( id(v2) ) # 輸出：4517628816復(fù)制代碼 tuple類(lèi)型，維護(hù)一個(gè)free_list數(shù)組且數(shù)組容量20，數(shù)組中元素可以是鏈表且每個(gè)鏈表**多可以容納2000個(gè)元組對(duì)象。元組的free_list數(shù)組在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，是按照元組可以容納的個(gè)數(shù)為索引找到free_list數(shù)組中對(duì)應(yīng)的鏈表，并添加到鏈表中。v1 = (1,2) print( id(v1) )del v1 # 因元組的數(shù)量為2，所以會(huì)把這個(gè)對(duì)象緩存到free_list[2]的鏈表中。v2 = ("哈哈哈","Alex") # 不會(huì)重新開(kāi)辟內(nèi)存，而是去free_list[2]對(duì)應(yīng)的鏈表中拿到一個(gè)對(duì)象來(lái)使用。print( id(v2) )復(fù)制代碼dict類(lèi)型，維護(hù)的free_list數(shù)組**多可緩存80個(gè)dict對(duì)象 v1 = {"k1":123} print( id(v1) ) # 輸出：4515998128 del v1 v2 = {"name":"哈哈哈","age":18,"gender":"男"} print( id(v1) ) # 輸出：4515998128復(fù)制代碼

C語(yǔ)言源碼底層分析PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

相關(guān)免費(fèi)學(xué)習(xí)推薦：python教程（視頻）PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)

以上就是剖析Python垃圾回收機(jī)制的詳細(xì)內(nèi)容，更多請(qǐng)關(guān)注少兒編程網(wǎng)其它相關(guān)文章！PFa少兒編程網(wǎng)-Scratch_Python_教程_免費(fèi)兒童編程學(xué)習(xí)平臺(tái)