python扩展—垃圾回收和驻留机制

一.垃圾回收机制

垃圾回收机制是自动帮助我们管理内存，清理垃圾的一种工具

一.堆区与栈区
​在定义变量时，变量名与变量值都是需要存储的，分别对应内存中的两块区域：堆区与栈区。
1、变量名与值内存地址的关联关系存放于栈区
2、变量值存放于堆区，内存管理回收的则是堆区的内容，

二.直接引用与间接引用
​1.直接引用指的是从栈区出发直接引用到的内存地址。
​2.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。

1.引用计数

当一个对象的引用被创建或者复制时，对象的引用计数加1；
当一个对象的引用被销毁时，对象的引用计数减1；
当对象的引用计数减少为0时，就意味着对象已经没有被任何人使用了，可以将其所占用的内存释放了。

优点：
简单、直观
实时性，只要没有了引用就释放资源。
缺点：
维护引用计数需要消耗一定的资源
循环应用时，无法回收。也正是因为这个原因，才需要通过标记-清理和分代收集机制来辅助引用计数机制。

变量值被关联次数的增加或减少，都会引发引用计数机制的执行（增加或减少值的引用计数），这存在明显的效率问题。
如果说执行效率还仅仅是引用计数机制的一个软肋的话，那么很不幸，引用计数机制还存在着一个致命的弱点，即循环引用（也称交叉引用）

如下我们定义了两个列表，简称列表1与列表2，变量名l1指向列表1，变量名l2指向列表2
>>> l1=['xxx']  # 列表1被引用一次，列表1的引用计数变为1   
>>> l2=['yyy']  # 列表2被引用一次，列表2的引用计数变为1   
>>> l1.append(l2)             # 把列表2追加到l1中作为第二个元素，列表2的引用计数变为2
>>> l2.append(l1)             # 把列表1追加到l2中作为第二个元素，列表1的引用计数变为2

l1与l2之间有相互引用
l1 = ['xxx'的内存地址,列表2的内存地址]
l2 = ['yyy'的内存地址,列表1的内存地址]
>>> l1
['xxx', ['yyy', [...]]]
>>> l2
['yyy', ['xxx', [...]]]
>>> l1[1][1][0]
'xxx'

循环引用会导致：值不再被任何名字关联，但是值的引用计数并不会为0，应该被回收但不能被回收，什么意思呢？试想一下，请看如下操作

>>> del l1 # 列表1的引用计数减1，列表1的引用计数变为1
>>> del l2 # 列表2的引用计数减1，列表2的引用计数变为1

此时，只剩下列表1与列表2之间的相互引用，两个列表的引用计数均不为0，但两个列表不再被任何其他对象关联，没有任何人可以再引用到它们，所以它俩占用内存空间应该被回收，但由于相互引用的存在，每一个对象的引用计数都不为0，因此这些对象所占用的内存永远不会被释放，所以循环引用是致命的，这与手动进行内存管理所产生的内存泄露毫无区别。 所以Python引入了“标记-清除” 与“分代回收”来分别解决引用计数的循环引用与效率低的问题

2.标记-清除(用来解决循环引用带来的内存泄露问题)

“标记-清除”不改动真实的引用计数，而是将
集合中对象的引用计数复制一份副本，改动该对象引用的副本。对于副
本做任何的改动，都不会影响到对象生命走起的维护。

3.分代回收(用来降低引用计数的扫描频率，提升垃圾回收的效率)

将系统中的所有内存块根据其存活时间划分为不同的集合，
每一个集合就成为一个“代”，垃圾收集的频率随着“代”的存活时间的增大而减小。
也就是说，活得越长的对象，就越不可能是垃圾，就应该减少对它的垃圾收集频率。
那么如何来衡量这个存活时间：通常是利用几次垃圾收集动作来衡量，
如果一个对象经过的垃圾收集次数越多，可以得出：该对象存活时间就越长。

总结

1、标记
通俗地讲就是：
栈区相当于“根”，凡是从根出发可以访达（直接或间接引用）的，都称之为“有根之人”，有根之人当活，无根之人当死。
具体地：标记的过程其实就是，遍历所有的GC Roots对象(栈区中的所有内容或者线程都可以作为GC Roots对象），然后将所有GC Roots的对象可以直接或间接访问到的对象标记为存活的对象，其余的均为非存活对象，应该被清除。
2、清除
清除的过程将遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象全部清除掉。

二.驻留机制

对于短字符串，将其赋值给多个不同的对象时，内存中只有一个副本，多个对象共享该副 
本。长字符串不遵守驻留机制。

驻留适用范围: 由数字，字符和下划线（_）组成的python标识符以及整数[-5,256]。