python語言開發(fā)垃圾回收機(jī)制原理教程

更新時(shí)間：2021年11月01日 14:27:20 作者：FikL-09-19

這篇文章主要為大家介紹了python語言開發(fā)垃圾回收機(jī)制原理的教程有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步

一.什么是垃圾回收機(jī)制

垃圾回收機(jī)制(簡(jiǎn)稱GC), 解釋器自帶的一種機(jī)制

它是一種動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理技術(shù),自動(dòng)釋放不再被程序引用的對(duì)象所占用的內(nèi)存空間

二.為什么要有垃圾回收機(jī)制

程序的運(yùn)行過程中會(huì)申請(qǐng)大量的內(nèi)存空間

對(duì)于一些無用的空間如果不及時(shí)清理的話會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出(不夠用),程序就會(huì)崩潰

管理內(nèi)存是非常復(fù)雜的事情,垃圾回收機(jī)制就把程序員從復(fù)雜的內(nèi)存管理中解放出啦

三.垃圾回收機(jī)制的原理

1.引用計(jì)數(shù)

引用計(jì)數(shù)就是變量名與變量值的關(guān)聯(lián)次數(shù), 以此來跟蹤和回收垃圾

直接引用

通過變量名直接引用

x = 18  #18被引用了一次,計(jì)數(shù)為1
y = x   #18被引用加1次,計(jì)數(shù)為2
z = y   #18被引用加1次,計(jì)數(shù)為3
print(id(x))  #140725488808736
print(id(y))  #140725488808736
print(id(z))  #140725488808736

間接引用

容器對(duì)其的引用都是間接

x = 18                 #18被引用一次,計(jì)數(shù)為1
li = [1,2,x]           #通過列表引用,計(jì)數(shù)加1,為2
dic = {'age': x}       #通過字典引用, 計(jì)數(shù)加1,為3
print(id(x))           #140725486514976
print(id(li[2]))       #140725486514976 列表引用,計(jì)數(shù)4
print(id(dic['age']))  #140725486514976 字典引用,計(jì)數(shù)5

2.棧區(qū) / 堆區(qū)

棧區(qū) : 存放的是變量名與變量值的內(nèi)存地址映射關(guān)系

堆區(qū) : 存放的是值真正的位置

在這里插入圖片描述

3.總結(jié)

直接引用指的是從棧區(qū)出發(fā)直接引用到的內(nèi)存地址

間接引用指的是從棧區(qū)出發(fā)引用到堆區(qū)后，再通過進(jìn)一步引用才能到達(dá)的內(nèi)存地址

四.標(biāo)記清除

1.循環(huán)引用問題(也叫交叉引用)

#我們先定義列表
l1=[0]  # 列表1被引用一次，列表1的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?   
l2=[1]  # 列表2被引用一次，列表2的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?   

#將列表加入另一個(gè)列表
l1.append(l2)  # 把列表2追加到l1中作為第二個(gè)元素，列表2的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?
l2.append(l1)  # 把列表1追加到l2中作為第二個(gè)元素，列表1的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?

#解除比變量名"l1"和"l2"與值的對(duì)應(yīng)關(guān)系
del l1
del l2

2.循環(huán)引用導(dǎo)致的結(jié)果

值不再被任何名字關(guān)聯(lián)，但是值的引用計(jì)數(shù)并不會(huì)為0

應(yīng)該被回收但又不能被回收

3.解決方法 : 清除-標(biāo)記

容器對(duì)象的的引用都有可能產(chǎn)生循環(huán)引用, 而清除-標(biāo)記就是為解決這個(gè)問題的

當(dāng)應(yīng)用程序可用空間被耗盡時(shí), 清除-標(biāo)記會(huì)停止整個(gè)程序, 然后先標(biāo)記, 再清除

標(biāo)記
但凡是可以從棧區(qū)出發(fā),找到對(duì)應(yīng)堆區(qū)內(nèi)容的(直接或間接引用)就標(biāo)記存活,非存活則清除
具體點(diǎn)：標(biāo)記的過程其實(shí)就是，遍歷所有的"GC Roots"對(duì)象(棧區(qū)中的所有內(nèi)容或者線程都可以作為"GC Roots"對(duì)象)
然后將所有"GC Roots"的對(duì)象可以直接或間接訪問到的對(duì)象標(biāo)記為存活的對(duì)象，其余的均為非存活對(duì)象，應(yīng)該被清除
清除
遍歷堆中的對(duì)象,將沒有標(biāo)記存活的對(duì)象都清理掉

五.分代回收

1.效率問題

基于引用計(jì)數(shù)的回收機(jī)制，每次回收內(nèi)存，都需要把所有對(duì)象的引用計(jì)數(shù)都遍歷一遍

這是非常消耗時(shí)間的，于是引入了分代回收來提高回收效率

分代回收采用的是用**“空間換時(shí)間”**的策略。

2.解決方法 : 分代回收

分代

分代指的是根據(jù)變量的存活時(shí)間來劃分他們的等級(jí)
一個(gè)變量經(jīng)常被引用,等級(jí)(權(quán)重)就會(huì)提高,權(quán)重達(dá)到設(shè)定值就會(huì)進(jìn)入下一個(gè)等級(jí)
當(dāng)經(jīng)過多次掃描都沒有被回收,"GC機(jī)制"就會(huì)認(rèn)為該變量是常量
于是對(duì)其的掃描頻率會(huì)降低

在這里插入圖片描述

回收

當(dāng)計(jì)數(shù)降低,就容易被回收
分代回收可以起到提升效率的效果,但也存在一定的缺點(diǎn)：
       比如一個(gè)變量剛從低等級(jí)轉(zhuǎn)入高等級(jí),它就被解除了綁定關(guān)系
       它應(yīng)該被回收,但高等級(jí)掃描頻率低于低等級(jí)
       那么這個(gè)已被解除綁定關(guān)系的變量無法及時(shí)得到清理