python垃圾回收機制(超詳細)

概述:引用計數(shù)為主,標記清除,分代回收為輔

1引用計數(shù)

python程序中創(chuàng)建的所有的對象都是放在一個雙向環(huán)狀循環(huán)鏈表refchain上的

如下對象被創(chuàng)建時帝蒿,在C語言底層實際結(jié)構(gòu)

name='string'

c語言內(nèi)底部創(chuàng)建成 [上一個對象烹困,下一個對象,類型在跳,引用個數(shù)]

age=18

c語言內(nèi)底部創(chuàng)建成[上一個對象,下一個對象,類型蠢壹,引用個數(shù),val=18]

hobby=['籃球'九巡, '擼鐵'图贸,‘玩’]

c語言內(nèi)底部創(chuàng)建成[上一個對象,下一個對象,類型疏日,引用個數(shù)偿洁,item=元素, 元素個數(shù)]

當(dāng)python程序運行時沟优,會根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同找到其對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體涕滋,根據(jù)結(jié)構(gòu)體中的字段來進行創(chuàng)建相關(guān)的數(shù)據(jù),然后將對象添加到refchain雙向鏈表中

每個對象中有ob_refcnt就是應(yīng)用計數(shù)器挠阁,默認為1宾肺,當(dāng)有其他變量引用對象時,引用計數(shù)器就會+1

當(dāng)引用計數(shù)器為0時侵俗,意味著沒人使用這個對象了爱榕,這個對象就是垃圾,就會回收

回收步驟:1對象從refchain鏈表移除? 2將對象銷毀坡慌,內(nèi)存回收

2 標記清除

為什么要標記清除:為了解決引用計數(shù)器循環(huán)引用的不足黔酥,循環(huán)引用可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏

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

在python內(nèi)部跪者,某種情況下觸發(fā),回去掃描可能存在循環(huán)引用鏈表中的每個元素熄求,檢查是否是循環(huán)引用渣玲,如果有,則讓雙方的引用計數(shù)器-1弟晚,如果是0忘衍,則垃圾回收

3 分代回收

為什么要分代回收:不知道什么情況下觸發(fā)掃描,可能存在循環(huán)引用的鏈表掃描代價大卿城,每次掃描很久

將可能存在循環(huán)引用的對象維護成3個鏈表

0代:0代中對象個數(shù)達到700個掃描一次

1代:0代掃描10次枚钓,則1代掃描1次

2代:1代掃描10次,則2代掃描1次

過程:當(dāng)我們創(chuàng)建了一個對象a=1,這個對象只會加到refchain鏈表中瑟押,而當(dāng)我們創(chuàng)建了一個可能存在循環(huán)引用的對象b=[]一個列表時搀捷,這個對象不但會加到refchain鏈表中,還會加到分帶回收的0代鏈表中多望,當(dāng)0代鏈表中對象達到700個嫩舟,GC開始掃描,如果是循環(huán)引用怀偷,那就自減1家厌,減完以后,如果是垃圾椎工,那就自動回收饭于,如果不是垃圾蜀踏,那就將這些對象升級到1代鏈表中,就這樣掃描一遍镰绎,此時0代鏈表也會記錄自己掃描了1次,等到下次0代鏈表的對象又達到了700個木西,繼續(xù)上述步驟畴栖,就這樣執(zhí)行了10次,才會觸發(fā)執(zhí)行掃描1代鏈表八千,1代鏈表和2代鏈表中的操作和0代中一樣吗讶。

4 小結(jié)(面試可以這么說)

在python中,維護了一個refchain的雙向循環(huán)環(huán)狀鏈表恋捆,這個鏈表中存儲程序創(chuàng)建的所有對象照皆,每種類型的對象中都有一個0b_refcnt引用計數(shù)器的值,默認為1沸停,當(dāng)引用計數(shù)器變?yōu)?時會進行垃圾回收(對象銷毀膜毁,refchain中移除)

但是,在python 中愤钾,對于那些可以有多個元素組成的對象可能會存在循環(huán)引用的問題瘟滨,為了解決這個問題,python又引入了標記清除和分代回收能颁,在其內(nèi)部維護了四個鏈表

refchain?

0代? 700個對象觸發(fā)

1代? 0代十次執(zhí)行一次1代

2代 1代十次執(zhí)行一次2代

當(dāng) 每個鏈表達到閾值時杂瘸,就會觸發(fā)掃描鏈表進行標記清除操作,有循環(huán)則各自-1伙菊,為0時败玉,直接回收,銷毀镜硕,清除

But, 在上面的垃圾回收機制的步驟中运翼,python提供了優(yōu)化機制

緩存

小整數(shù)對象池

為了避免重復(fù)創(chuàng)建和銷毀一些常用對象,維護了一個小整數(shù)對象池

-5~257的地址內(nèi)存是一定的兴枯,這些對象是pyhton事先幫我們創(chuàng)建好了

free_list(會有大小限制)

當(dāng)一個對象的引用計數(shù)為0時南蹂,按理說應(yīng)該回收,但是python沒有回收念恍,而是把這個對象放到了一個free_list中當(dāng)緩存六剥,以后再去使用時,不在重新開辟內(nèi)存峰伙,而是直接使用free_list

比如現(xiàn)在一個對象V=3.14 疗疟,我現(xiàn)在把他del V, 代表引用計數(shù)為0 了,但是這塊地址我不會回收瞳氓,而是放到free_list中策彤,然后我又創(chuàng)建了一個新的對象v1=999,這個對象不會開辟一塊新內(nèi)存,而是直接從free_list中去獲取對象店诗,然后把對象內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行初始化成999,再放到refchain中去裹刮,需要注意的是,free_list有大小限制庞瘸,如果free_list鏈表滿了捧弃,當(dāng)一個對象的引用計數(shù)為0時,會直接回收這塊地址擦囊,而不會放到free_list中進行緩存

float: 維護了free_list長度為100

int:不是基于free_list, 而是維護一個small_list保持常見的數(shù)據(jù)(小數(shù)據(jù)池)违霞,重復(fù)使用不會開辟新的內(nèi)存

str: 內(nèi)存將所有的ascii字符緩存起來,以后使用的時候不會反復(fù)創(chuàng)建

list:?維護了free_list長度為80

tuple:根據(jù)元素個數(shù)來維護free_list長度

dict:維護了free_list長度為80

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