1、垃圾回收
引用計數(shù)器為主、分代碼回收和標(biāo)記清除為輔
1.1 大管家refchain
在Python的C源碼中有一個名為refchain的環(huán)狀雙向鏈表，這個鏈表比較牛逼了宣决，因?yàn)镻ython程序中一旦創(chuàng)建對象都會把這個對象添加到refchain這個鏈表中。也就是說他保存著所有的對象昏苏。
1.2 引用計數(shù)器
在refchain中的所有對象內(nèi)部都有一個ob_refcnt用來保存當(dāng)前對象的引用計數(shù)器疲扎，顧名思義就是自己被引用的次數(shù)。
當(dāng)值被多次引用時候捷雕，不會在內(nèi)存中重復(fù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)，而是引用計數(shù)器+1 壹甥。 當(dāng)對象被銷毀時候同時會讓引用計數(shù)器-1,如果引用計數(shù)器為0救巷，則將對象從refchain鏈表中摘除，同時在內(nèi)存中進(jìn)行銷毀（暫不考慮緩存等特殊情況）句柠。
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age = 18
number = age? # 對象18的引用計數(shù)器 + 1
del age? ? ? ? ? # 對象18的引用計數(shù)器 - 1
def run(arg):
? ? print(arg)
run(number)? # 剛開始執(zhí)行函數(shù)時妻枕，對象18引用計數(shù)器 + 1，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢之后粘驰，對象18引用計數(shù)器 - 1 屡谐。
num_list = [11,22,number] # 對象18的引用計數(shù)器 + 1
復(fù)制代碼
1.3 標(biāo)記清除&分代回收
基于引用計數(shù)器進(jìn)行垃圾回收非常方便和簡單，但他還是存在循環(huán)引用的問題蝌数，導(dǎo)致無法正常的回收一些數(shù)據(jù)愕掏，例如：
v1 = [11,22,33]? ? ? ? # refchain中創(chuàng)建一個列表對象，由于v1=對象顶伞，所以列表引對象用計數(shù)器為1.
v2 = [44,55,66]? ? ? ? # refchain中再創(chuàng)建一個列表對象饵撑，因v2=對象，所以列表對象引用計數(shù)器為1.
v1.append(v2)? ? ? ? # 把v2追加到v1中唆貌，則v2對應(yīng)的[44,55,66]對象的引用計數(shù)器加1滑潘，最終為2.
v2.append(v1)? ? ? ? # 把v1追加到v1中，則v1對應(yīng)的[11,22,33]對象的引用計數(shù)器加1挠锥，最終為2.
del v1? ? # 引用計數(shù)器-1
del v2? ? # 引用計數(shù)器-1
復(fù)制代碼
對于上述代碼會發(fā)現(xiàn)众羡，執(zhí)行del操作之后，沒有變量再會去使用那兩個列表對象蓖租，但由于循環(huán)引用的問題粱侣，他們的引用計數(shù)器不為0，所以他們的狀態(tài)：永遠(yuǎn)不會被使用蓖宦、也不會被銷毀齐婴。項(xiàng)目中如果這種代碼太多，就會導(dǎo)致內(nèi)存一直被消耗稠茂，直到內(nèi)存被耗盡柠偶，程序崩潰。
為了解決循環(huán)引用的問題睬关，引入了標(biāo)記清除技術(shù)诱担，專門針對那些可能存在循環(huán)引用的對象進(jìn)行特殊處理，可能存在循環(huán)應(yīng)用的類型有：列表电爹、元組蔫仙、字典、集合丐箩、自定義類等那些能進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌套的類型摇邦。
標(biāo)記清除：創(chuàng)建特殊鏈表專門用于保存 列表恤煞、元組、字典施籍、集合居扒、自定義類等對象，之后再去檢查這個鏈表中的對象是否存在循環(huán)引用丑慎，如果存在則讓雙方的引用計數(shù)器均 - 1 喜喂。
分代回收：對標(biāo)記清除中的鏈表進(jìn)行優(yōu)化，將那些可能存在循引用的對象拆分到3個鏈表立哑，鏈表稱為：0/1/2三代夜惭，每代都可以存儲對象和閾值，當(dāng)達(dá)到閾值時铛绰，就會對相應(yīng)的鏈表中的每個對象做一次掃描诈茧，除循環(huán)引用各自減1并且銷毀引用計數(shù)器為0的對象。
// 分代的C源碼
#define NUM_GENERATIONS 3
struct gc_generation generations[NUM_GENERATIONS] = {
? ? /* PyGC_Head,? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? threshold,? ? count */
? ? {{(uintptr_t)_GEN_HEAD(0), (uintptr_t)_GEN_HEAD(0)},? 700,? ? ? ? 0}, // 0代
? ? {{(uintptr_t)_GEN_HEAD(1), (uintptr_t)_GEN_HEAD(1)},? 10,? ? ? ? 0}, // 1代
? ? {{(uintptr_t)_GEN_HEAD(2), (uintptr_t)_GEN_HEAD(2)},? 10,? ? ? ? 0}, // 2代
};
復(fù)制代碼
特別注意：0代和1捂掰、2代的threshold和count表示的意義不同敢会。
0代，count表示0代鏈表中對象的數(shù)量这嚣，threshold表示0代鏈表對象個數(shù)閾值鸥昏，超過則執(zhí)行一次0代掃描檢查。 1代姐帚，count表示0代鏈表掃描的次數(shù)吏垮，threshold表示0代鏈表掃描的次數(shù)閾值，超過則執(zhí)行一次1代掃描檢查罐旗。 2代膳汪，count表示1代鏈表掃描的次數(shù)，threshold表示1代鏈表掃描的次數(shù)閾值九秀，超過則執(zhí)行一2代掃描檢查遗嗽。
1.4 情景模擬
根據(jù)C語言底層并結(jié)合圖來講解內(nèi)存管理和垃圾回收的詳細(xì)過程。
第一步：當(dāng)創(chuàng)建對象age=19時鼓蜒，會將對象添加到refchain鏈表中痹换。
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第二步：當(dāng)創(chuàng)建對象num_list = [11,22]時，會將列表對象添加到 refchain 和 generations 0代中都弹。
?
第三步：新創(chuàng)建對象使generations的0代鏈表上的對象數(shù)量大于閾值700時娇豫，要對鏈表上的對象進(jìn)行掃描檢查。
當(dāng)0代大于閾值后畅厢，底層不是直接掃描0代锤躁，而是先判斷2、1是否也超過了閾值。
如果2系羞、1代未達(dá)到閾值，則掃描0代霸琴，并讓1代的 count + 1 椒振。
如果2代已達(dá)到閾值，則將2梧乘、1澎迎、0三個鏈表拼接起來進(jìn)行全掃描，并將2选调、1夹供、0代的count重置為0.
如果1代已達(dá)到閾值，則講1仁堪、0兩個鏈表拼接起來進(jìn)行掃描哮洽，并將所有1、0代的count重置為0.
對拼接起來的鏈表在進(jìn)行掃描時弦聂，主要就是剔除循環(huán)引用和銷毀垃圾鸟辅，詳細(xì)過程為：
掃描鏈表，把每個對象的引用計數(shù)器拷貝一份并保存到 gc_refs中莺葫，保護(hù)原引用計數(shù)器匪凉。
再次掃描鏈表中的每個對象，并檢查是否存在循環(huán)引用捺檬，如果存在則讓各自的gc_refs減 1 再层。
再次掃描鏈表，將 gc_refs 為 0 的對象移動到unreachable鏈表中堡纬；不為0的對象直接升級到下一代鏈表中聂受。
處理unreachable鏈表中的對象的 析構(gòu)函數(shù) 和 弱引用，不能被銷毀的對象升級到下一代鏈表隐轩，能銷毀的保留在此鏈表饺饭。析構(gòu)函數(shù)，指的就是那些定義了__del__方法的對象职车，需要執(zhí)行之后再進(jìn)行銷毀處理瘫俊。
最后將 unreachable 中的每個對象銷毀并在refchain鏈表中移除（不考慮緩存機(jī)制）。
至此悴灵，垃圾回收的過程結(jié)束扛芽。
1.5 緩存機(jī)制
從上文大家可以了解到當(dāng)對象的引用計數(shù)器為0時，就會被銷毀并釋放內(nèi)存积瞒。而實(shí)際上他不是這么的簡單粗暴川尖，因?yàn)榉磸?fù)的創(chuàng)建和銷毀會使程序的執(zhí)行效率變低。Python中引入了“緩存機(jī)制”機(jī)制茫孔。
例如：引用計數(shù)器為0時叮喳，不會真正銷毀對象被芳，而是將他放到一個名為 free_list 的鏈表中，之后會再創(chuàng)建對象時不會在重新開辟內(nèi)存馍悟，而是在free_list中將之前的對象來并重置內(nèi)部的值來使用畔濒。
float類型，維護(hù)的free_list鏈表最多可緩存100個float對象锣咒。
? v1 = 3.14? ? # 開辟內(nèi)存來存儲float對象侵状，并將對象添加到refchain鏈表。
? print( id(v1) ) # 內(nèi)存地址：4436033488
? del v1? ? # 引用計數(shù)器-1毅整，如果為0則在rechain鏈表中移除趣兄，不銷毀對象，而是將對象添加到float的free_list.
? v2 = 9.999? ? # 優(yōu)先去free_list中獲取對象悼嫉，并重置為9.999艇潭，如果free_list為空才重新開辟內(nèi)存。
? print( id(v2) ) # 內(nèi)存地址：4436033488
? # 注意：引用計數(shù)器為0時承粤，會先判斷free_list中緩存?zhèn)€數(shù)是否滿了暴区，未滿則將對象緩存，已滿則直接將對象銷毀辛臊。
復(fù)制代碼
int類型仙粱，不是基于free_list，而是維護(hù)一個small_ints鏈表保存常見數(shù)據(jù)（小數(shù)據(jù)池）彻舰，小數(shù)據(jù)池范圍：-5 <= value < 257伐割。即：重復(fù)使用這個范圍的整數(shù)時，不會重新開辟內(nèi)存刃唤。
? v1 = 38? ? # 去小數(shù)據(jù)池small_ints中獲取38整數(shù)對象隔心，將對象添加到refchain并讓引用計數(shù)器+1。
? print( id(v1))? #內(nèi)存地址：4514343712
? v2 = 38 # 去小數(shù)據(jù)池small_ints中獲取38整數(shù)對象尚胞，將refchain中的對象的引用計數(shù)器+1硬霍。
? print( id(v2) ) #內(nèi)存地址：4514343712
? # 注意：在解釋器啟動時候-5~256就已經(jīng)被加入到small_ints鏈表中且引用計數(shù)器初始化為1，
? # 代碼中使用的值時直接去small_ints中拿來用并將引用計數(shù)器+1即可笼裳。另外唯卖，small_ints中的數(shù)據(jù)引用計數(shù)器永遠(yuǎn)不會為0
? # （初始化時就設(shè)置為1了），所以也不會被銷毀躬柬。
復(fù)制代碼
str類型拜轨，維護(hù)unicode_latin1[256]鏈表，內(nèi)部將所有的ascii字符緩存起來允青，以后使用時就不再反復(fù)創(chuàng)建橄碾。
? v1 = "A"
? print( id(v1) ) # 輸出：4517720496
? del v1
? v2 = "A"
? print( id(v1) ) # 輸出：4517720496
? # 除此之外，Python內(nèi)部還對字符串做了駐留機(jī)制，針對只含有字母法牲、數(shù)字史汗、下劃線的字符串（見源碼Objects/codeobject.c），如果
? # 內(nèi)存中已存在則不會重新在創(chuàng)建而是使用原來的地址里（不會像free_list那樣一直在內(nèi)存存活拒垃，只有內(nèi)存中有才能被重復(fù)利用）淹办。
? v1 = "asdfg"
? v2 = "asdfg"
? print(id(v1) == id(v2)) # 輸出：True
復(fù)制代碼
list類型，維護(hù)的free_list數(shù)組最多可緩存80個list對象恶复。
v1 = [11,22,33]
print( id(v1) ) # 輸出：4517628816
del v1
v2 = ["你","好"]
print( id(v2) ) # 輸出：4517628816
復(fù)制代碼
tuple類型，維護(hù)一個free_list數(shù)組且數(shù)組容量20速挑，數(shù)組中元素可以是鏈表且每個鏈表最多可以容納2000個元組對象谤牡。元組的free_list數(shù)組在存儲數(shù)據(jù)時，是按照元組可以容納的個數(shù)為索引找到free_list數(shù)組中對應(yīng)的鏈表姥宝，并添加到鏈表中翅萤。
v1 = (1,2)
print( id(v1) )
del v1? # 因元組的數(shù)量為2，所以會把這個對象緩存到free_list[2]的鏈表中腊满。
v2 = ("哈哈哈","Alex")? # 不會重新開辟內(nèi)存套么，而是去free_list[2]對應(yīng)的鏈表中拿到一個對象來使用。
print( id(v2) )
復(fù)制代碼
dict類型碳蛋，維護(hù)的free_list數(shù)組最多可緩存80個dict對象
? v1 = {"k1":123}
? print( id(v1) )? # 輸出：4515998128
? del v1
? v2 = {"name":"哈哈哈","age":18,"gender":"男"}
? print( id(v1) ) # 輸出：4515998128
復(fù)制代碼
C語言源碼底層分析
最后多說一句胚泌，想學(xué)習(xí)Python可聯(lián)系小編，這里有我自己整理的整套python學(xué)習(xí)資料和路線肃弟，想要這些資料的都可以進(jìn)q裙930900780領(lǐng)取玷室。
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