Python小知识之垃圾回收机制

1、什么是垃圾回收机制

　　垃圾回收机制（简称GC）是Python解释器自带一种机制，专门用来回收不可用的变量值所占用的内存空间。

　

2、为什么要用垃圾回收机制？

　　程序运行过程中会申请大量的内存空间，而对于一些无用的内存空间如果不及时清理的话会导致内存使用殆尽（内存溢出），导致程序崩溃，因此管理内存是一件重要且繁杂的事情，而python解释器自带的垃圾回收机制把程序员从繁杂的内存管理中解放出来。

　

3、垃圾回收机制的原理分析：

　　Python的GC模块主要运用了“引用计数”（reference counting）来跟踪和回收垃圾。在引用计数的基础上，还可以通过“标记-清除”（mark and sweep）解决容器对象可能产生的循环引用的问题，并且通过“分代回收”（generation collection）以空间换取时间的方式来进一步提高垃圾回收的效率。

　

4、直接引用与间接引用

　 　直接引用指的是从栈区出发直接引用到的内存地址。

　　 间接引用指的是从栈区出发引用到堆区后，再通过进一步引用才能到达的内存地址。（类似容量瓶当中都是间接引用）

5、引用计数

　　引用计数就是：变量值被变量名关联的次数

#引用计数
x = 10  # 直接引用
print(id(x))
y = x
z = x  #引用计数增加 
del y
del z  #引用计数减少

l = ['a', 'b', x]  # 间接引用
print(id(l[2])) 
d = {'mmm': x}  # 间接引用

　

6、引用计数的问题与解决方案

6.1、问题：循环引用 解决：标记—清除

　　引用计数机制存在着一个致命的弱点，即循环引用（也称交叉引用），一些容器对象(比如: list， set, dict, class， instance) 都可以包含对其他对象的引用，所以都可能产生循环引用。而“标记-清除计数就是为了解决循环引用的问题。

　　标记—清除算法的做法是当应用程序可用的内存空间被耗尽的时，就会停止整个程序，然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。就是同时删除所有“有根之人”，让他们无法连接，即刻删除。

6.2、问题：效率问题 解决：分代回收

　　基于引用计数的回收机制，每次回收内存，都需要把所有对象的引用计数都遍历一遍，这是非常消耗时间的，于是引入了分代回收来提高回收效率，分代回收采用的是用“空间换时间”的策略。

　　分代回收的核心思想是:在历经多次扫描的情况下，都没有被回收的变量, gc机制就会认为，该变量是常用变量，gc对其扫描的频率会降低，具体实现原理如下:

　　1、首先我们需要知道的是，分代指的是根据存活时间来为变量划分不同等级。

　　2、新定义的变量，放到新生代这个等级中，假设每隔1分钟扫描新生代一次，如果发现变量依然被引用，那么该对象的权重（权重本质就是个整数）加一，当变量的权重大于某个设定得值（假设为3），会将它移动到更高一级的青春代，青春代的gc扫描的频率低于新生代（扫描时间间隔更长），假设5分钟扫描青春代一次，这样每次gc需要扫描的变量的总个数就变少了，节省了扫描的总时间，接下来，青春代中的对象，也会以同样的方式被移动到老年代中。也就是等级（代）越高，被垃圾回收机制扫描的频率越低

　　但是也有一定的缺点：例如一个变量刚刚从新生代移入青春代，该变量的绑定关系就解除了，该变量应该被回收，但青春代的扫描频率低于新生代，所以该变量的回收就会被延迟。