一、概述

python采用的是引用計數機制為主，標記-清除和分代收集（隔代回收）兩種機制為輔的策略。

現在的高級語言如java，c#等，都采用了垃圾收集機制，而不再是c，c++里用戶自己管理維護內存的方式。自己管理內存極其自由，可以任意申請內存，但如同一把雙刃劍，為大量內存泄露，懸空指針等bug埋下隱患。
對于一個字符串、列表、類甚至數值都是對象，且定位簡單易用的語言，自然不會讓用戶去處理如何分配回收內存的問題。
python里也同java一樣采用了垃圾收集機制，不過不一樣的是:
python采用的是引用計數機制為主，標記-清除和分代收集（隔代回收）兩種機制為輔的策略。

二、引用計數機制

引用計數法機制的原理是：每個對象維護一個ob_ref字段，用來記錄該對象當前被引用的次數，每當新的引用指向該對象時，它的引用計數ob_ref加1，每當該對象的引用失效時計數ob_ref減1，一旦對象的引用計數為0，該對象立即被回收，對象占用的內存空間將被釋放。它的缺點是需要額外的空間維護引用計數，這個問題是其次的，不過最主要的問題是它不能解決對象的“循環引用”，因此，也有很多語言比如Java并沒有采用該算法做來垃圾的收集機制。

python里每一個東西都是對象，它們的核心就是一個結構體：PyObject

PyObject是每個對象必有的內容，其中ob_refcnt就是做為引用計數。當一個對象有新的引用時，它的ob_refcnt就會增加，當引用它的對象被刪除，它的ob_refcnt就會減少

引用計數為0時，該對象生命就結束了。

引用計數機制的優點：

1、簡單

2、實時性：一旦沒有引用，內存就直接釋放了，不用像其他機制得等到特定時機。實時性還帶來一個好處：處理回收內存的時間分攤到了平時。

引用計數機制的缺點：

1、維護引用計數消耗資源

2、循環引用

案例：

import sys class A():def __init__(self):'''初始化對象'''print('object born id:%s' %str(hex(id(self))))def f1():'''循環引用變量與刪除變量'''while True:c1=A()del c1def func(c):print('obejct refcount is: ',sys.getrefcount(c)) #getrefcount()方法用于返回對象的引用計數if __name__ == '__main__':#生成對象a=A()func(a)#增加引用b=afunc(a)#銷毀引用對象bdel bfunc(a) #結果 object born id:0x19f5ecb9320 obejct refcount is: 4 obejct refcount is: 5 obejct refcount is: 4

導致引用計數+1的情況

• 對象被創建，例如a=23
• 對象被引用，例如b=a
• 對象被作為參數，傳入到一個函數中，例如func(a)
• 對象作為一個元素，存儲在容器中，例如list1=[a,a]

導致引用計數-1的情況

• 對象的別名被顯式銷毀，例如del a
• 對象的別名被賦予新的對象，例如a=24
• 一個對象離開它的作用域，例如:func函數執行完畢時，func函數中的局部變量（全局變量不會）
• 對象所在的容器被銷毀，或從容器中刪除對象

循環引用導致內存泄露

def f2():'''循環引用'''while True:c1=A()c2=A()c1.t=c2c2.t=c1del c1del c2

• 創建了c1，c2后，這兩個對象的引用計數都是1，執行c1.t=c2和c2.t=c1后，引用計數變成2.
• 在del c1后，內存c1的對象的引用計數變為1，由于不是為0，所以c1的對象不會被銷毀,同理，在del c2后也是一樣的。
• 雖然它們兩個的對象都是可以被銷毀的，但是由于循環引用，導致垃圾回收器都不會回收它們，所以就會導致內存泄露。

分代回收

• 分代回收是一種以空間換時間的操作方式，Python將內存根據對象的存活時間劃分為不同的集合，每個集合稱為一個代，Python將內存分為了3“代”，分別為年輕代（第0代）、中年代（第1代）、老年代（第2代），他們對應的是3個鏈表，它們的垃圾收集頻率隨著對象存活時間的增大而減小。
• 新創建的對象都會分配在年輕代，年輕代鏈表的總數達到上限時，Python垃圾收集機制就會被觸發，把那些可以被回收的對象回收掉，而那些不會回收的對象就會被移到中年代去，依此類推，老年代中的對象是存活時間最久的對象，甚至是存活于整個系統的生命周期內。
• 同時，分代回收是建立在標記清除技術基礎之上。分代回收同樣作為Python的輔助垃圾收集技術處理那些容器對象

垃圾回收

有三種情況會觸發垃圾回收：

調用gc.collect(),需要先導入gc模塊。

當gc模塊的計數器達到閾值的時候。

程序退出的時候。

gc模塊

gc模塊提供一個接口給開發者設置垃圾回收的選項。上面說到，采用引用計數的方法管理內存的一個缺陷是循環引用，而gc模塊的一個主要功能就是解決循環引用的問題。

常用函數：

gc.set_debug(flags) 設置gc的debug日志，一般設置為gc.DEBUG_LEAK

gc.collect([generation])
顯式進行垃圾回收，可以輸入參數，0代表只檢查第一代的對象，1代表檢查一，二代的對象，2代表檢查一，二，三代的對象，如果不傳參數，執行一個full collection，也就是等于傳2。返回不可達（unreachable objects）對象的數目。

gc.set_threshold(threshold0[, threshold1[, threshold2])
設置自動執行垃圾回收的頻率。

gc.get_count() 獲取當前自動執行垃圾回收的計數器，返回一個長度為3的列表

gc實踐案例

def f3():'''循環引用'''while True:c1=A()c2=A()c1.t=c2c2.t=c1del c1del c2#增加垃圾回收機制print(gc.garbage)print(gc.collect())print(gc.garbage)time.sleep(10) #結果 object born id:0x21d1a5dc470 object born id:0x21d1a5dc9e8 [] 4 gc: collectable <A 0x0000021D1A5DC470> [<__main__.A object at 0x0000021D1A5DC470>, <__main__.A object at 0x0000021D1A5DC9E8>, {'t': <__main__.A object at 0x0000021D1A5DC9E8>}, {'t': <__main__.A object at 0x0000021D1A5DC470>}] gc: collectable <A 0x0000021D1A5DC9E8> gc: collectable <dict 0x0000021D1A156C88> gc: collectable <dict 0x0000021D1A5CABC8>

gc模塊的自動垃圾回收機制

必須要import gc模塊，并且is_enable()=True才會啟動自動垃圾回收。
這個機制的主要作用就是發現并處理不可達的垃圾對象。

垃圾回收=垃圾檢查+垃圾回收

在Python中，采用分代收集的方法。把對象分為三代，一開始，對象在創建的時候，放在一代中，如果在一次一代的垃圾檢查中，該對象存活下來，就會被放到二代中，同理在一次二代的垃圾檢查中，該對象存活下來，就會被放到三代中。

gc模塊里面會有一個長度為3的列表的計數器，可以通過gc.get_count()獲取。

def f4():'''垃圾自動回收'''print(gc.get_count())a=A()print(gc.get_count())del aprint(gc.get_count()) #結果 (621, 10, 0) object born id:0x2ca32a8c588 (624, 10, 0) (623, 10, 0)

• 621指距離上一次一代垃圾檢查，Python分配內存的數目減去釋放內存的數目，注意:是內存分配，而不是引用計數的增加。
• 10指距離上一次二代垃圾檢查，一代垃圾檢查的次數。
• 0是指距離上一次三代垃圾檢查，二代垃圾檢查的次數。

自動回收閾值

gc模快有一個自動垃圾回收的閥值，即通過gc.get_threshold函數獲取到的長度為3的元組，例如(700,10,10)
每一次計數器的增加，gc模塊就會檢查增加后的計數是否達到閥值的數目，如果是，就會執行對應的代數的垃圾檢查，然后重置計數器

注意：
如果循環引用中，兩個對象都定義了__del__方法，gc模塊不會銷毀這些不可達對象，因為gc模塊不知道應該先調用哪個對象的__del__方法，所以為了安全起見，gc模塊會把對象放到gc.garbage中，但是不會銷毀對象。

標記清除

標記清除（Mark—Sweep）』算法是一種基于追蹤回收（tracing GC）技術實現的垃圾回收算法。它分為兩個階段：第一階段是標記階段，GC會把所有的『活動對象』打上標記，第二階段是把那些沒有標記的對象『非活動對象』進行回收。那么GC又是如何判斷哪些是活動對象哪些是非活動對象的呢？

對象之間通過引用（指針）連在一起，構成一個有向圖，對象構成這個有向圖的節點，而引用關系構成這個有向圖的邊。從根對象（root object）出發，沿著有向邊遍歷對象，可達的（reachable）對象標記為活動對象，不可達的對象就是要被清除的非活動對象。根對象就是全局變量、調用棧、寄存器。 mark-sweepg 在上圖中，我們把小黑圈視為全局變量，也就是把它作為root object，從小黑圈出發，對象1可直達，那么它將被標記，對象2、3可間接到達也會被標記，而4和5不可達，那么1、2、3就是活動對象，4和5是非活動對象會被GC回收。

標記清除算法作為Python的輔助垃圾收集技術主要處理的是一些容器對象，比如list、dict、tuple，instance等，因為對于字符串、數值對象是不可能造成循環引用問題。Python使用一個雙向鏈表將這些容器對象組織起來。不過，這種簡單粗暴的標記清除算法也有明顯的缺點：清除非活動的對象前它必須順序掃描整個堆內存，哪怕只剩下小部分活動對象也要掃描所有對象。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python有向图_Python 中的垃圾回收机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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