不懂关于Python中垃圾回收机制的案例分析？其实想解决这个问题也不难，下面让小编带着大家一起学习怎么去解决，希望大家阅读完这篇文章后大所收获。

垃圾回收

1.1 refchain

在Python的C源码中有一个refchain的环状双向链表，Python程序当中一旦创建对象都会把这个对象添加到refchain这个链表当中，保存着所有的对象。

name="皮卡丘"width=5

1.2引用计数器

在refchain中所有对象内部都有一个ob_refcnt用来保存当前对象的引用计数器

name="皮卡丘"width=5nickname=name

上述代码表示内存中有5和”皮卡丘“两个值，他们的引用计数器分别为1、2

当值被多次引用时候，不会再内存中重复创建数据，而是引用计数器+1。当对象被销毁时候同时会让引用计数器-1，如果引用计数器为0，则将对象从refchain链表中删除，同时在内存中进行销毁（暂时不考虑缓存等特殊情况）。

name="皮卡丘"nickname=name#对象”皮卡丘“的引用计数器+1delname对象"皮卡丘"的引用计数器-1defrun(arg):print(arg)run(nickname)#刚开始执行函数时，对象”皮卡丘“引用计数器+1，当函数执行完毕之后，对象引用计数器-1name_list=["张三","法外狂徒",name]#对象”皮卡丘“的引用计数器+1

但是这样还是存在一个BUG，当出现循环引用的时候，就会无法正常的回收一些数据，例如

v1=[11,22,33]#refchain中创建一个列表对象，由于v1=对象，所以列表引对象用计数器为1.v2=[44,55,66]#refchain中再创建一个列表对象，因v2=对象，所以列表对象引用计数器为1.v1.append(v2)#把v2追加到v1中，则v2对应的[44,55,66]对象的引用计数器加1，最终为2.v2.append(v1)#把v1追加到v1中，则v1对应的[11,22,33]对象的引用计数器加1，最终为2.delv1#引用计数器-1delv2#引用计数器-1

对于上面的代码，执行del操作之后，没有变量再会去使用那两个列表对象，但由于循环引用的问题，他们的引用计数器不为0，所以他们的状态：永远不会被使用、也不会被销毁。项目中如果这种代码太多，就会导致内存一直被消耗，直到内存被耗尽，程序崩溃。

1.3标记清除&分代回收

标记清除:创建特殊链表专门用于保存 列表、元组、字典、集合、自定义类等对象，之后再去检查这个链表中的对象是否存在循环引用，如果存在则让双方的引用计数器均 - 1 。
分代回收:对标记清楚中的链表进行优化，将那些可能存在循环引用的对象拆分到3个链表，链表成为0/1/2三代，每代都可以存储对象和阈值，当达到阈值时，就会对相应的链表中的每个对象做一次扫描，除循环引用各自减1并且销毁引用计数器为0的对象。`

//分代的C源码#defineNUM_GENERATIONS3structgc_generationgenerations[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};

0代，count表示0代链表中对象的数量，threshold表示0代链表对象个数阈值，超过则执行一次0代扫描检查。

1代，count表示0代链表扫描的次数，threshold表示0代链表扫描的次数阈值，超过则执行一次1代扫描检查。

2代，count表示1代链表扫描的次数，threshold表示1代链表扫描的次数阈值，超过则执行一2代扫描检查。

1.4缓存机制

实际上他不是这么的简单粗暴，因为反复的创建和销毁会使程序的执行效率变低。Python中引入了“缓存机制”机制。
例如：引用计数器为0时，不会真正销毁对象，而是将他放到一个名为free_list的链表中，之后会再创建对象时不会在重新开辟内存，而是在free_list中将之前的对象来并重置内部的值来使用。

float类型，维护的free_list链表最多可缓存100个float对象。

1.`v1=3.14#开辟内存来存储float对象，并将对象添加到refchain链表。`2.`print(id(v1))#内存地址：4436033488`3.`delv1#引用计数器-1，如果为0则在rechain链表中移除，不销毁对象，而是将对象添加到float的free_list.`4.`v2=9.999#优先去free_list中获取对象，并重置为9.999，如果free_list为空才重新开辟内存。`5.`print(id(v2))#内存地址：4436033488`7.`#注意：引用计数器为0时，会先判断free_list中缓存个数是否满了，未满则将对象缓存，已满则直接将对象销毁。`

int类型，不是基于free_list，而是维护一个small_ints链表保存常见数据（小数据池），小数据池范围：-5 <= value < 257。即：重复使用这个范围的整数时，不会重新开辟内存。

v1=38#去小数据池small_ints中获取38整数对象，将对象添加到refchain并让引用计数器+1。print(id(v1))#内存地址：4514343712v2=38#去小数据池small_ints中获取38整数对象，将refchain中的对象的引用计数器+1。print(id(v2))#内存地址：4514343712#注意：在解释器启动时候-5~256就已经被加入到small_ints链表中且引用计数器初始化为1，代码中使用的值时直接去small_ints中拿来用并将引用计数器+1即可。另外，small_ints中的数据引用计数器永远不会为0（初始化时就设置为1了），所以也不会被销毁。

str类型，维护unicode_latin1[256]链表，内部将所有的ascii字符缓存起来，以后使用时就不再反复创建。

v1="A"print(id(v1))#输出：4517720496delv1v2="A"print(id(v1))#输出：4517720496#除此之外，Python内部还对字符串做了驻留机制，针对那么只含有字母、数字、下划线的字符串（见源码Objects/codeobject.c），如果内存中已存在则不会重新在创建而是使用原来的地址里（不会像free_list那样一直在内存存活，只有内存中有才能被重复利用）。v1="wupeiqi"v2="wupeiqi"print(id(v1)==id(v2))#输出：True

list类型，维护的free_list数组最多可缓存80个list对象。

v1=[11,22,33]print(id(v1))#输出：4517628816delv1v2=["小猪","佩奇"]print(id(v2))#输出：4517628816

tuple类型，维护一个free_list数组且数组容量20，数组中元素可以是链表且每个链表最多可以容纳2000个元组对象。元组的free_list数组在存储数据时，是按照元组可以容纳的个数为索引找到free_list数组中对应的链表，并添加到链表中。

v1=(1,2)print(id(v1))delv1#因元组的数量为2，所以会把这个对象缓存到free_list[2]的链表中。v2=("小猪","佩奇")#不会重新开辟内存，而是去free_list[2]对应的链表中拿到一个对象来使用。print(id(v2))

dict类型，维护的free_list数组最多可缓存80个dict对象。

v1={"k1":123}print(id(v1))#输出：4515998128delv1v2={"name":"武沛齐","age":18,"gender":"男"}print(id(v1))#输出：4515998128

2 C语言源码分析

2.1两个重要的结构体

#definePyObject_HEADPyObjectob_base;#definePyObject_VAR_HEADPyVarObjectob_base;//宏定义，包含上一个、下一个，用于构造双向链表用。(放到refchain链表中时，要用到)#define_PyObject_HEAD_EXTRA\struct_object*_ob_next;\struct_object*_ob_prev;typedefstruct_object{_PyObject_HEAD_EXTRA//用于构造双向链表Py_ssize_tob_refcnt;//引用计数器struct_typeobject*ob_type;//数据类型}PyObject;typedefstruct{PyObjectob_base;//PyObject对象Py_ssize_tob_size;/*Numberofitemsinvariablepart，即：元素个数*/}PyVarObject;

这两个结构体PyObject和PyVarObject是基石，他们保存这其他数据类型公共部分，例如：每个类型的对象在创建时都有PyObject中的那4部分数据；list/set/tuple等由多个元素组成对象创建时都有PyVarObject中的那5部分数据。

2.2常见类型结构体

平时我们在创建一个对象时，本质上就是实例化一个相关类型的结构体，在内部保存值和引用计数器等。

float类型

typedefstruct{PyObject_HEADdoubleob_fval;}PyFloatObject;

int类型

struct_longobject{PyObject_VAR_HEADdigitob_digit[1];};/*Long(arbitraryprecision)integerobjectinterface*/typedefstruct_longobjectPyLongObject;/*Revealedinlongintrepr.h*/

str类型

typedefstruct{PyObject_HEADPy_ssize_tlength;/*Numberofcodepointsinthestring*/Py_hash_thash;/*Hashvalue;-1ifnotset*/struct{unsignedintinterned:2;/*Charactersize:-PyUnicode_WCHAR_KIND(0):*charactertype=wchar_t(16or32bits,dependingontheplatform)-PyUnicode_1BYTE_KIND(1):*charactertype=Py_UCS1(8bits,unsigned)*allcharactersareintherangeU+0000-U+00FF(latin1)*ifasciiisset,allcharactersareintherangeU+0000-U+007F(ASCII),otherwiseatleastonecharacterisintherangeU+0080-U+00FF-PyUnicode_2BYTE_KIND(2):*charactertype=Py_UCS2(16bits,unsigned)*allcharactersareintherangeU+0000-U+FFFF(BMP)*atleastonecharacterisintherangeU+0100-U+FFFF-PyUnicode_4BYTE_KIND(4):*charactertype=Py_UCS4(32bits,unsigned)*allcharactersareintherangeU+0000-U+10FFFF*atleastonecharacterisintherangeU+10000-U+10FFFF*/unsignedintkind:3;unsignedintcompact:1;unsignedintascii:1;unsignedintready:1;unsignedint:24;}state;wchar_t*wstr;/*wchar_trepresentation(null-terminated)*/}PyASCIIObject;typedefstruct{PyASCIIObject_base;Py_ssize_tutf8_length;/*Numberofbytesinutf8,excludingthe*terminating\0.*/char*utf8;/*UTF-8representation(null-terminated)*/Py_ssize_twstr_length;/*Numberofcodepointsinwstr,possible*surrogatescountastwocodepoints.*/}PyCompactUnicodeObject;typedefstruct{PyCompactUnicodeObject_base;union{void*any;Py_UCS1*latin1;Py_UCS2*ucs2;Py_UCS4*ucs4;}data;/*Canonical,smallest-formUnicodebuffer*/}PyUnicodeObject;

list类型

typedefstruct{PyObject_VAR_HEADPyObject**ob_item;Py_ssize_tallocated;}PyListObject;

tuple类型

typedefstruct{PyObject_VAR_HEADPyObject*ob_item[1];}PyTupleObject;

dict类型

typedefstruct{PyObject_HEADPy_ssize_tma_used;PyDictKeysObject*ma_keys;PyObject**ma_values;}PyDictObject;

通过常见结构体可以基本了解到本质上每个对象内部会存储的数据。

扩展：在结构体部分你应该发现了str类型比较繁琐，那是因为python字符串在处理时需要考虑到编码的问题，在内部规定（见源码结构体）：

字符串只包含ascii，则每个字符用1个字节表示，即：latin1字符串包含中文等，则每个字符用2个字节表示，即：ucs2字符串包含emoji等，则每个字符用4个字节表示，即：ucs4

感谢你能够认真阅读完这篇文章，希望小编分享关于Python中垃圾回收机制的案例分析内容对大家有帮助，同时也希望大家多多支持亿速云，关注亿速云行业资讯频道，遇到问题就找亿速云，详细的解决方法等着你来学习!