python垃圾回收機(jī)制

現(xiàn)在的高級語言如java，c#等，都采用了垃圾收集機(jī)制，而不再是c，c++里用戶自己管理維護(hù)內(nèi)存的方式。自己管理內(nèi)存極其自由，可以任意申請內(nèi)存，但如同一把雙刃劍，為大量內(nèi)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(shù)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(nèi)存的問題。
python里也同java一樣采用了垃圾收集機(jī)制，不過不一樣的是，python采用的是引用計(jì)數(shù)機(jī)制為主，標(biāo)記-清除和分代收集兩種機(jī)制為輔的策略。
引用計(jì)數(shù)機(jī)制：
python里每一個東西都是對象，它們的核心就是一個結(jié)構(gòu)體：PyObject

        typedef struct_object {
            int ob_refcnt;
            struct_typeobject *ob_type;
        }PyObject;
PyObject是每個對象必有的內(nèi)容，其中ob_refcnt就是做為引用計(jì)數(shù)。當(dāng)一個對象有新的引用時，它的ob_refcnt就會增加，當(dāng)引用它的對象被刪除，它的ob_refcnt就會減少

 ** #define Py_INCREF(op)   ((op)->ob_refcnt++)          //增加計(jì)數(shù)**

 **define Py_DECREF(op)                             //減少計(jì)數(shù)       **

     if (--(op)->ob_refcnt != 0)    \

         ;        \

     else         \

         __Py_Dealloc((PyObject *)(op))

引用計(jì)數(shù)為0時，該對象生命就結(jié)束了。
引用計(jì)數(shù)機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)：
1、簡單
2、實(shí)時性：一旦沒有引用，內(nèi)存就直接釋放了。不用像其他機(jī)制等到特定時機(jī)。實(shí)時性還帶來一個好處：處理回收內(nèi)存的時間分?jǐn)偟搅似綍r。
引用計(jì)數(shù)機(jī)制的缺點(diǎn)：
1、維護(hù)引用計(jì)數(shù)消耗資源
2、循環(huán)引用

1
list1 = []
2
list2 = []
3
list1.append(list2)
4
list2.append(list1) ， list1與list2相互引用，如果不存在其他對象對它們的引用，list1與list2的引用計(jì)數(shù)也仍然為1，所占用的內(nèi)存永遠(yuǎn)無法被回收，這將是致命的。
對于如今的強(qiáng)大硬件，缺點(diǎn)1尚可接受，但是循環(huán)引用導(dǎo)致內(nèi)存泄露，注定python還將引入新的回收機(jī)制。

上面說到python里回收機(jī)制是以引用計(jì)數(shù)為主，標(biāo)記-清除和分代收集兩種機(jī)制為輔。

1、標(biāo)記-清除機(jī)制

標(biāo)記-清除機(jī)制，顧名思義，首先標(biāo)記對象（垃圾檢測），然后清除垃圾（垃圾回收）。如圖1：

這里寫圖片描述

                        圖1
首先初始所有對象標(biāo)記為白色，并確定根節(jié)點(diǎn)對象（這些對象是不會被刪除），標(biāo)記它們?yōu)楹谏ū硎緦ο笥行В?。將有效對象引用的對象?biāo)記為灰色（表示對象可達(dá)，
但它們所引用的對象還沒檢查），檢查完灰色對象引用的對象后，將灰色標(biāo)記為黑色。重復(fù)直到不存在灰色節(jié)點(diǎn)為止。最后白色結(jié)點(diǎn)都是需要清除的對象。
2、回收對象的組織
    這里所采用的高級機(jī)制作為引用計(jì)數(shù)的輔助機(jī)制，用于解決產(chǎn)生的循環(huán)引用問題。而循環(huán)引用只會出現(xiàn)在“內(nèi)部存在可以對其他對象引用的對象”，比如：list，class等。
為了要將這些回收對象組織起來，需要建立一個鏈表。自然，每個被收集的對象內(nèi)就需要多提供一些信息，下面代碼是回收對象里必然出現(xiàn)的。
一個對象的實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖2：
這里寫圖片描述

圖2
通過PyGC_Head的指針將每個回收對象連接起來，形成了一個鏈表，也就是在1里提到的初始化的所有對象。
3、分代技術(shù)
    分代技術(shù)是一種典型的以空間換時間的技術(shù)，這也正是java里的關(guān)鍵技術(shù)。這種思想簡單點(diǎn)說就是：對象存在時間越長，越可能不是垃圾，應(yīng)該越少去收集。
這樣的思想，可以減少標(biāo)記-清除機(jī)制所帶來的額外操作。分代就是將回收對象分成數(shù)個代，每個代就是一個鏈表（集合），代進(jìn)行標(biāo)記-清除的時間與代內(nèi)對象
存活時間成正比例關(guān)系。
從上面代碼可以看出python里一共有三代，每個代的threshold值表示該代最多容納對象的個數(shù)。默認(rèn)情況下，當(dāng)0代超過700,或1，2代超過10，垃圾回收機(jī)制將觸發(fā)。
0代觸發(fā)將清理所有三代，1代觸發(fā)會清理1,2代，2代觸發(fā)后只會清理自己。
下面是一個完整的收集流程：鏈表建立，確定根節(jié)點(diǎn)，垃圾標(biāo)記，垃圾回收~
1、鏈表建立
首先，中里在分代技術(shù)說過：0代觸發(fā)將清理所有三代，1代觸發(fā)會清理1,2代，2代觸發(fā)后只會清理自己。在清理0代時，會將三個鏈表（代）鏈接起來，清理1代的時，會鏈接1,2兩代。在后面三步，都是針對的這個建立之后的鏈表。
2、確定根節(jié)點(diǎn)
圖1為一個例子。list1與list2循環(huán)引用，list3與list4循環(huán)引用。a是一個外部引用。
這里寫圖片描述

對于這樣一個鏈表，我們?nèi)绾蔚贸龈?jié)點(diǎn)呢。python里是在引用計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上又提出一個有效引用計(jì)數(shù)的概念。顧名思義，有效引用計(jì)數(shù)就是去除循環(huán)引用后的計(jì)數(shù)。