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面试题-python 垃圾回收机制？

前言

简历上写着熟悉 python 面试官上来就问：说下python 垃圾回收机制？一盆冷水泼过来，瞬间感觉 python 不香了。
Python中，主要通过引用计数（Reference Counting）进行垃圾回收。

引用计数

在Python中每一个对象的核心就是一个结构体PyObject，它的内部有一个引用计数器（ob_refcnt）。
程序在运行的过程中会实时的更新 ob_refcnt 的值，来反映引用当前对象的名称数量。

当对象被创建时，就创建了一个引用计数，当这个对象不再需要时，也就是说，这个对象的引用计数变为0 时，它被垃圾回收。
但是回收不是"立即"的，由解释器在适当的时机，将垃圾对象占用的内存空间回收。

sys.getrefcount() 可以查看对象的引用次数，先自己先有个class 创建一个对象，此时引用次数是1，由于 sys.getrefcount() 也会引用一次，所以看到的会在引用次数基础上+1

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import sys


class MyObject():
    def __init__(self):
        self.x = 1

a = MyObject()               # 创建一个对象
print("MyObject 引用次数：", sys.getrefcount(a))    # 查看引用次数

运行结果：MyObject 引用次数： 2

导致引用计数 +1 的情况

对象被创建，例如 a=23
对象被引用，例如 b=a
对象被作为参数，传入到一个函数中，例如func(a)
对象作为一个元素，存储在容器中，例如list1=[a,a]

导致引用计数-1 的情况

对象的别名被显式销毁，例如del a
对象的别名被赋予新的对象，例如a=24
一个对象离开它的作用域，例如 f 函数执行完毕时，func函数中的局部变量（全局变量不会）
对象所在的容器被销毁，或从容器中删除对象

对象销毁

下面代码a增加一次引用，赋值给a后，b和a都是指向同一个对象，当我们不用的时候就可以用del 销毁对象a和b

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import sys


class MyObject():
    def __init__(self):
        self.x = 1

a = MyObject()               # 创建一个对象
print("MyObject 引用次数：", sys.getrefcount(a))    # 查看引用次数


# a增加一次引用
b = a
print("MyObject 引用次数：", sys.getrefcount(a))    # 查看引用次数

# 销毁对象b
del b
print("MyObject 引用次数：", sys.getrefcount(a))    # 查看引用次数

# 销毁对象a
del a

对象作为参数，传到函数里面也会被引用一次,看下面这个案例

import sys

a = [1, 2, 3]
print(sys.getrefcount(a))  # 2次
b = a
print(sys.getrefcount(a))  # 3次
c = b
d = b
e = c
f = e
g = d
print(sys.getrefcount(a))  # 8次

输出结果

2
3
8

a、b、c、d、e、f、g 这些变量全部指代的是同一个对象，而 sys.getrefcount() 函数并不是统计一个指针，而是要统计一个对象被引用的次数，所以最后一共会有 8 次引用。
如果我们一个个去销毁对象，很显然会浪费时间，于是可以用gc来垃圾回收了，gc.collect() 即可手动启动垃圾回收

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import sys
import gc

a = [1, 2, 3]
print(sys.getrefcount(a))  # 2次
b = a
print(sys.getrefcount(a))  # 3次
c = b
d = b
e = c
f = e
g = d
print(sys.getrefcount(a))  # 8次

del a
gc.collect()  # 垃圾回收

循环引用

当a对象引用b，b对象也引用a，两个互相引用的时候，互相引用导致它们的引用数都不为 0。
初始化的时候，会生成一个大的列表[i for i in range(100000)]，导致占用很大的内存

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import sys


class MyObject():
    def __init__(self):
        self.y = [i for i in range(1000000)]
        self.x = 1


while True:
    a = MyObject()               # 创建一个对象
    b = MyObject()
    print("MyObject 引用次数a：", sys.getrefcount(a))    # 查看引用次数
    print("MyObject 引用次数b：", sys.getrefcount(b))    # 查看引用次数
    a.x = b     # a的x属性赋值b
    b.x = a     # b的x属性赋值a
    # 销毁对象a和b
    del a
    del b

运行一段时间后，可以观察内存的变化，会一直增加不释放

使用 gc.collect() 垃圾回收

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import sys
import gc


class MyObject():
    def __init__(self):
        self.y = [i for i in range(1000000)]
        self.x = 1


while True:
    a = MyObject()               # 创建一个对象
    b = MyObject()
    print("MyObject 引用次数a：", sys.getrefcount(a))    # 查看引用次数
    print("MyObject 引用次数b：", sys.getrefcount(b))    # 查看引用次数
    a.x = b     # a的x属性赋值b
    b.x = a     # b的x属性赋值a
    # 销毁对象a和b
    del a
    del b
    gc.collect()