Python中的垃圾回收機(jī)制的工作原理是什么

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CPython 中垃圾回收的主要思路

1.維護(hù)引用計(jì)數(shù)器 。對(duì)于每一個(gè)對(duì)象，都有一個(gè)對(duì)于該對(duì)象的引用次數(shù)的計(jì)數(shù)器。如果這個(gè)計(jì)數(shù)器的值減為了 0 ，這就代表這個(gè)對(duì)象在程序中已經(jīng)沒(méi)用了，那么該對(duì)象所占用的內(nèi)存就會(huì)被釋放。

2.定期檢測(cè)是否循環(huán)引用。 當(dāng)引用計(jì)數(shù)器的值下降到 0 時(shí)來(lái)釋放內(nèi)存的機(jī)制并不適用于所有的情況。假如兩個(gè)對(duì)象 A 和 B ，其中 A 擁有對(duì) B 的引用，B 擁有對(duì) A 的引用。 這就稱之為循環(huán)引用。在這種情況下，這兩個(gè)對(duì)象也沒(méi)有存在的價(jià)值了，此時(shí) A 和 B 都應(yīng)該被垃圾回收處理。但是，這兩個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值不為零， 所以內(nèi)存會(huì)一直被占用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，CPython 通過(guò)使用算法來(lái)檢測(cè)是否存在循環(huán)引用并釋放循環(huán)引用中的對(duì)象。

3.通過(guò)啟發(fā)式算法提升性能。 越晚創(chuàng)建的對(duì)象更可能需要被回收。 CPython 引入了一個(gè) 分代回收 的概念來(lái)判斷一個(gè)對(duì)象使用的相對(duì)年齡。年輕一代是指最新被創(chuàng)建出來(lái)的對(duì)象，而老一代則代表早前創(chuàng)建的對(duì)象。每個(gè)對(duì)象都確定的屬于某一代。 當(dāng)垃圾回收機(jī)制執(zhí)行時(shí)， CPython 會(huì)優(yōu)先嘗試回收年輕一代的對(duì)象。CPython 會(huì)定期回收老一代的對(duì)象 (由啟發(fā)式算法確定該回收?qǐng)?zhí)行的效率).

垃圾回收循環(huán)

了解 CPython 垃圾回收的運(yùn)作周期是非常有益的。我們創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象來(lái)觀察垃圾回收機(jī)制的運(yùn)作：

Python 需要配置一個(gè)新的對(duì)象。為此，它調(diào)用 _PyObject_GC_Malloc，給這個(gè)對(duì)象分配內(nèi)存以及將其添加到垃圾回收的第一階段（我們稱為 0 代）。 隨即查看這個(gè)對(duì)象在 0 代中的數(shù)值是否超過(guò)閾值。如果確實(shí)超過(guò)閾值，而且垃圾回收機(jī)制當(dāng)前沒(méi)有運(yùn)作，對(duì) collect_generations 的調(diào)用隨機(jī)生效進(jìn)行垃圾回收。否則對(duì)象正常分配內(nèi)存。

當(dāng) collect_generations 被調(diào)用，Python 開(kāi)始垃圾回收。這個(gè)方法算出什么階段進(jìn)行垃圾回收 (CPython 默認(rèn)有三代，但 GC 模塊可以修改.。此外，年輕一代擁有低級(jí)索引，所以 0 代是最年輕的一代)。Python 循環(huán)所有代 (從最老到最年輕) 然后檢測(cè)某一代的對(duì)象值超過(guò)閾值。如果有，它會(huì)將所有年輕代合并到 這一代然后調(diào)用 collect 對(duì)這一代進(jìn)行垃圾回收 。注意： Python 希望最好在 0 代進(jìn)行垃圾回收， 因?yàn)檫@一代擁有最年輕的對(duì)象，同樣也能迭代最少。對(duì)老一代進(jìn)行垃圾回收相當(dāng)于收集所有對(duì)象因?yàn)閷?duì)第 i 代的垃圾回收會(huì)使用從 0 到 i 代的所有對(duì)象。

collect 會(huì)對(duì)特定代進(jìn)行垃圾回收。這相當(dāng)于運(yùn)行參考循環(huán)檢測(cè)算法 (待會(huì)介紹) 然后在特定代找出一系列可得到和不可得到的對(duì)象。 這些可得到的對(duì)象會(huì)被并入下一高級(jí)的代 (也就是說(shuō)，如果 collect 在第 i 代運(yùn)行，第 i 代的對(duì)象會(huì)被合并到 i+1 代）。對(duì)于不可獲得的對(duì)象， CPython 會(huì)進(jìn)行所有可能的終結(jié)器回調(diào)，使弱 ref 回調(diào)，最終解除這些對(duì)象分配。

最后，垃圾回收模塊的內(nèi)部狀態(tài)會(huì)更新為 collect 完成它的職責(zé)。

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