CPython 中的垃圾收集器

CPython 的垃圾收集器（簡(jiǎn)稱(chēng)GC）是 Python 內(nèi)置的為了解決循環(huán)引用問(wèn)題的方法。默認(rèn)情況下，它總是在后臺(tái)運(yùn)行，并且每隔一段時(shí)間就會(huì)發(fā)揮它的魔力，所以你不必?fù)?dān)心循環(huán)引用物會(huì)堵塞你的內(nèi)存。

垃圾收集器被設(shè)計(jì)為從 CPython 的工作內(nèi)存中找到并刪除循環(huán)引用對(duì)象。它通過(guò)以下方式完成這一工作。

• 檢測(cè)循環(huán)引用的對(duì)象
• 調(diào)用最終的 __del__ 方法
• 它從每個(gè)對(duì)象中刪除指針（以此來(lái)解決循環(huán)問(wèn)題），只有當(dāng)循環(huán)在步驟 2 之后仍然是孤立的

在這個(gè)過(guò)程完成后，以前在循環(huán)中的每個(gè)對(duì)象現(xiàn)在的引用計(jì)數(shù)都是 0 ，因此此對(duì)象將從內(nèi)存中刪除。

雖然它是自動(dòng)工作的，但實(shí)際上我們可以把它作為一個(gè)模塊從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中導(dǎo)入。舉例如下：

import gc

檢測(cè)循環(huán)引用

CPython 的垃圾收集器會(huì)跟蹤內(nèi)存中存在的各種對(duì)象--但不是所有的對(duì)象。我們可以實(shí)例化一些對(duì)象，看看垃圾收集器是否會(huì)收集它們。

>>> gc.is_tracked("a string")
False
>>> gc.is_tracked(["a", "list"])
True

如果一個(gè)對(duì)象可以包含指針，這就使它有能力形成循環(huán)引用結(jié)構(gòu)的一部分--而這正是垃圾檢測(cè)器存在的目的，即檢測(cè)和拆除。在 Python 中這樣的對(duì)象通常被稱(chēng)為 "容器對(duì)象"。

所以，垃圾收集器需要知道任何有可能作為循環(huán)引用的一部分而存在的對(duì)象。字符串不能，所以 "一個(gè)字符串 "不會(huì)被垃圾收集器追蹤。列表（正如我們已經(jīng)看到的）能夠包含指針，因此 ['a', 'list'] 被跟蹤。

用戶定義的類(lèi)的任何實(shí)例也將被垃圾收集器跟蹤，因?yàn)槲覀兛偸强梢栽谒鼈兩砩显O(shè)置任意的屬性（指針）。

>>> Wade = MyNameClass("Wade")
>>> gc.is_tracked(Wade)
True

所以，垃圾收集器知道所有有可能形成循環(huán)引用的對(duì)象。它怎么知道是否已經(jīng)形成循環(huán)引用呢？

它也知道每個(gè)對(duì)象中的所有指針，以及它們所指向的位置。我們可以看到這個(gè)動(dòng)作。

>>> my_list = ["a", "list"]
>>> gc.get_referents(my_list)
['list', 'a']

get_referents 方法（也稱(chēng)為遍歷方法）接收一個(gè)對(duì)象，并返回它所包含的對(duì)象指針的列表（它的引用）。因此，上面的列表包含指向其每個(gè)元素的指針，這些元素都是字符串。

讓我們?cè)谝粋€(gè)對(duì)象的循環(huán)中看看 get_referents 方法（雖然還不是一個(gè)循環(huán)引用，因?yàn)檫@些對(duì)象仍然可以從命名空間中被訪問(wèn)）。

>>> jane = MyNamedClass("Jane")
>>> bob = MyNamedClass("Bob")
>>> jane.friend = bob
>>> bob.friend = jane
>>> gc.get_referents(bob)
[{'name': 'bob', 'friend': <__main__.MyNamedClass object at 0x7ff29a095d60>}, <class '__main__

在這個(gè)循環(huán)中，我們可以看到由 bob 指向的對(duì)象包含指向以下內(nèi)容的指針：它的屬性字典，包含 bob 的名字 (bob) 和它的朋友 (同樣由 jane 指向的 MyNamedClass 實(shí)例) 。bob 對(duì)象也有一個(gè)指向類(lèi)對(duì)象本身的指針，因?yàn)?bob.class 將返回那個(gè)類(lèi)對(duì)象。

當(dāng)垃圾收集器運(yùn)行時(shí)，它檢查它所知道的每個(gè)對(duì)象（也就是當(dāng)你調(diào)用 gc.is_tracked 時(shí)返回True的任何對(duì)象）是否可以從命名空間到達(dá)。它通過(guò)跟蹤來(lái)自命名空間的所有指針，以及這些指針?biāo)赶虻膶?duì)象中的指針，以此類(lèi)推，直到它建立起所有可從代碼中訪問(wèn)的東西的整個(gè)視圖。

如果在做完這些之后，GC 發(fā)現(xiàn)存在一些不能從命名空間到達(dá)的對(duì)象，那么它可以把這些對(duì)象清除掉。

記住，任何仍在內(nèi)存中的對(duì)象必須有一個(gè)非零的引用計(jì)數(shù)，否則它們會(huì)因?yàn)橐糜?jì)數(shù)而被刪除。對(duì)于那些無(wú)法到達(dá)但仍有非零引用計(jì)數(shù)的對(duì)象，它們必須是循環(huán)引用的一部分，這就是為什么我們?nèi)绱岁P(guān)心這些發(fā)生的可能性。

讓我們回到引用循環(huán)，jane 和 bob，通過(guò)從命名空間中移除指針，把這個(gè)循環(huán)變成一個(gè)循環(huán)的隔離。

>>> del jane
>>> del bob

現(xiàn)在，我們已經(jīng)了解了垃圾收集器所要解決的確切情況。我們可以通過(guò)調(diào)用 gc.collect() 來(lái)觸發(fā)手動(dòng)垃圾收集。

>>> gc.collect()
Deleting Bob!
Deleting Jane!
4

默認(rèn)情況下，垃圾收集器會(huì)每隔一段時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作（因?yàn)樵絹?lái)越多的對(duì)象在CPython運(yùn)行時(shí)被創(chuàng)建和銷(xiāo)毀）。

在上面的代碼片段中，我們看到的輸出包含了來(lái)自 MyNamClass 的 __del__ 方法的打印語(yǔ)句，在最后有一個(gè)數(shù)字--在這個(gè)例子中，是 4。 這個(gè)數(shù)字是由垃圾收集器本身輸出的，它告訴我們有多少對(duì)象被移除。

參考鏈接：

https://anvil.works/articles/pointers-in-my-python-3

以上就是CPython 垃圾收集器檢測(cè)循環(huán)引用詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于CPython 垃圾收集器的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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