python內存管理及垃圾回收

1. 引用計數器

1.1 環狀雙向連表 refchain

在python程序中創建的任何對象都會放在refchain鏈表中，并且可以通過這個對象訪問到上一個和下一個對象。

name = '張三' age = 18 hobby = ['美女','吃飯'] 內部會建立一些數據 -打包 C語言叫做結構體-> 【上一個對象、下一個對象、類型、引用個數】 name = "張三" # 創建一個對象開辟內存空間 new = name # new指向指向"張三"這塊內存，不會重新分配內存，引用計數+1內部會建立一些數據 【上一個對象、下一個對象、類型、引用個數、val=18】 age = 18 # int會添加具體值內部會建立一些數據 【上一個對象、下一個對象、類型、引用個數、items=元素、元素個數】 hobby = ['美女','吃飯'] # 列表會添加元素和元素個數

C語言源碼

• 每個對象都有相同的值：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 。

#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。(放到refchain鏈表中時會用到) #define _PyObject_HEAD_EXTRA \struct _object *_ob_next; \struct _object *_ob_prev;// 結構體 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;

源碼解析，包含：

• 2個結構體
  • PyObject，此結構體中包含3個元素。
    • _PyObject_HEAD_EXTRA，用于構造雙向鏈表。
    • ob_refcnt，引用計數器。
    • *ob_type，數據類型。
  • PyVarObject，次結構體中包含4個元素（ob_base中包含3個元素）
    • ob_base，PyObject結構體對象，即：包含PyObject結構體中的三個元素。
    • ob_size，內部元素個數。
• 3個宏定義
  • PyObject_HEAD，代指PyObject結構體。
  • PyVarObject_HEAD，代指PyVarObject對象。
  • _PyObject_HEAD_EXTRA，代指前后指針，用于構造雙向隊列。

1.2 不同類型封裝的結構體

# float類型 data = 3.14內部會創建:_ob_next = refchain 中的上一個對象_ob_prev = refchain 中的下一個對象 ob_refcnt = 1 ob_type = floatob_fval = 3.14

C源碼：

typedef struct {PyObject_HEADdouble ob_fval; } PyFloatObject;

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對應的結構體，根據結構體中的字段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，默認值為1，當有其他變量引用對象時，引用計數器就會發生變化。

• 引用

  a = 999 b = a # 999 這個對象的引用計數器+1，為2

• 刪除引用

  a = 999 b = a del b # b變量刪除，b對應的對象的引用計數器 -1 del a # a變量刪除，a對應的對象的引用計數器 -1 (a、b對應同一個對象)""" 當一個對象的引用計數器為0時，意味著沒有人可以使用這個對象了，這個對象就是垃圾，需要被回收 回收：1.對象從refchain鏈表中移除2.將對象銷毀，內存歸還系統"""

  1.5 循環引用

2. 標記清除

目的：為了解決引用計數器循環引用的不足。

實現：在python的底層 再維護一個鏈表，鏈表中專門放那些可能存在循環引用的對象 (list/tuple/dict/set)。

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-V9eqdYfm-1605967623655)(E:\07-notes\picture\57_解決循環引用圖.png)]

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一個元素，檢查是否有循環引用，如果有則雙方的引用計數器 -1，如果是 0 則垃圾回收。

問題：

• 什么時候掃描？
• 可能存在循環引用的鏈表掃描代價較大，每次掃描耗時久。

3. 分代回收

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-K55asNPj-1605967623657)(E:\07-notes\picture\58_分待回收圖
.png)]

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中創建的所有對象，每種類型的對象都有一個 ob_refcnt 的引用計數器的值，對象被引用，則計數器的值 +1，引用被刪除則計數器的值 -1，最后引用計數的值為 0 時，會進行垃圾回收（對象銷毀、從refchain中移除），

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問題，為了解決這個問題python引入了 標記清除 ，在其內部再維護了一個鏈表，專門放那些可能存在循環引用的對象 (list/tuple/dict/set)， 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一個元素，檢查是否有循環引用，如果有則雙方的引用計數器 -1，如果是 0 則垃圾回收，

然而，又有一個新的問題產生，就是什么時候掃描？可能存在循環引用的鏈表掃描代價較大，每次掃描耗時久，所以又引入了 分代回收 ，將可能存在循環引用對象維護成 3 個鏈表，分別是 0代，1代，2代，所有可能存在循環引用的對象都存儲在 0代鏈表，當對象個數達到700個的時候掃描一次，是垃圾則回收，不是則移代 1代，依次類推，0代掃描10次，1代掃描一次，1代掃描10次，2代掃描1次。

e=5>分代回收 ，將可能存在循環引用對象維護成 3 個鏈表，分別是 0代，1代，2代，所有可能存在循環引用的對象都存儲在 0代鏈表，當對象個數達到700個的時候掃描一次，是垃圾則回收，不是則移代 1代，依次類推，0代掃描10次，1代掃描一次，1代掃描10次，2代掃描1次。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Python 的垃圾回收回收机制（源码）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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