Python是怎么實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理的

今天小編給大家分享一下Python是怎么實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理的的相關(guān)知識點(diǎn)，內(nèi)容詳細(xì)，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

Python提供了自動化的內(nèi)存管理，也就是說內(nèi)存空間的分配與釋放都是由Python解釋器在運(yùn)行時(shí)自動進(jìn)行的，自動管理內(nèi)存功能極大的減輕程序員的工作負(fù)擔(dān)，也能夠幫助程序員在一定程度上解決內(nèi)存泄露的問題。以CPython解釋器為例，它的內(nèi)存管理有三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：引用計(jì)數(shù)、標(biāo)記清理、分代收集。

引用計(jì)數(shù)：對于CPython解釋器來說，Python中的每一個(gè)對象其實(shí)就是PyObject結(jié)構(gòu)體，它的內(nèi)部有一個(gè)名為ob_refcnt 的引用計(jì)數(shù)器成員變量。程序在運(yùn)行的過程中ob_refcnt的值會被更新并藉此來反映引用有多少個(gè)變量引用到該對象。當(dāng)對象的引用計(jì)數(shù)值為0時(shí)，它的內(nèi)存就會被釋放掉。

typedef struct _object {
    _PyObject_HEAD_EXTRA
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;

以下情況會導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)加1：

• 對象被創(chuàng)建

• 對象被引用

• 對象作為參數(shù)傳入到一個(gè)函數(shù)中

• 對象作為元素存儲到一個(gè)容器中

以下情況會導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)減1：

• 用del語句顯示刪除對象引用

• 對象引用被重新賦值其他對象

• 一個(gè)對象離開它所在的作用域

• 持有該對象的容器自身被銷毀

• 持有該對象的容器刪除該對象

可以通過sys模塊的getrefcount函數(shù)來獲得對象的引用計(jì)數(shù)。引用計(jì)數(shù)的內(nèi)存管理方式在遇到循環(huán)引用的時(shí)候就會出現(xiàn)致命傷，因此需要其他的垃圾回收算法對其進(jìn)行補(bǔ)充。

標(biāo)記清理：CPython使用了“標(biāo)記-清理”（Mark and Sweep）算法解決容器類型可能產(chǎn)生的循環(huán)引用問題。該算法在垃圾回收時(shí)分為兩個(gè)階段：標(biāo)記階段，遍歷所有的對象，如果對象是可達(dá)的（被其他對象引用），那么就標(biāo)記該對象為可達(dá)；清除階段，再次遍歷對象，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)對象沒有標(biāo)記為可達(dá)，則就將其回收。CPython底層維護(hù)了兩個(gè)雙端鏈表，一個(gè)鏈表存放著需要被掃描的容器對象（姑且稱之為鏈表A），另一個(gè)鏈表存放著臨時(shí)不可達(dá)對象（姑且稱之為鏈表B）。為了實(shí)現(xiàn)“標(biāo)記-清理”算法，鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了有記錄當(dāng)前引用計(jì)數(shù)的ref_count變量外，還有一個(gè)gc_ref變量，這個(gè)gc_ref是ref_count的一個(gè)副本，所以初始值為ref_count的大小。執(zhí)行垃圾回收時(shí)，首先遍歷鏈表A中的節(jié)點(diǎn)，并且將當(dāng)前對象所引用的所有對象的gc_ref減1，這一步主要作用是解除循環(huán)引用對引用計(jì)數(shù)的影響。再次遍歷鏈表A中的節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)的gc_ref值為0，那么這個(gè)對象就被標(biāo)記為“暫時(shí)不可達(dá)”（GC_TENTATIVELY_UNREACHABLE）并被移動到鏈表B中；如果節(jié)點(diǎn)的gc_ref不為0，那么這個(gè)對象就會被標(biāo)記為“可達(dá)“（GC_REACHABLE），對于”可達(dá)“對象，還要遞歸的將該節(jié)點(diǎn)可以到達(dá)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為”可達(dá)“；鏈表B中被標(biāo)記為”可達(dá)“的節(jié)點(diǎn)要重新放回到鏈表A中。在兩次遍歷之后，鏈表B中的節(jié)點(diǎn)就是需要釋放內(nèi)存的節(jié)點(diǎn)。

分代回收：在循環(huán)引用對象的回收中，整個(gè)應(yīng)用程序會被暫停，為了減少應(yīng)用程序暫停的時(shí)間，Python 通過分代回收（空間換時(shí)間）的方法提高垃圾回收效率。分代回收的基本思想是：對象存在的時(shí)間越長，是垃圾的可能性就越小，應(yīng)該盡量不對這樣的對象進(jìn)行垃圾回收。CPython將對象分為三種世代分別記為0、1、2，每一個(gè)新生對象都在第0代中，如果該對象在一輪垃圾回收掃描中存活下來，那么它將被移到第1代中，存在于第1代的對象將較少的被垃圾回收掃描到；如果在對第1代進(jìn)行垃圾回收掃描時(shí)，這個(gè)對象又存活下來，那么它將被移至第2代中，在那里它被垃圾回收掃描的次數(shù)將會更少。分代回收掃描的門限值可以通過gc模塊的get_threshold函數(shù)來獲得，該函數(shù)返回一個(gè)三元組，分別表示多少次內(nèi)存分配操作后會執(zhí)行0代垃圾回收，多少次0代垃圾回收后會執(zhí)行1代垃圾回收，多少次1代垃圾回收后會執(zhí)行2代垃圾回收。需要說明的是，如果執(zhí)行一次2代垃圾回收，那么比它年輕的代都要執(zhí)行垃圾回收。如果想修改這幾個(gè)門限值，可以通過gc模塊的set_threshold函數(shù)來做到。

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