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  • python内存管理/垃圾回收

    https://mp.weixin.qq.com/s/FjR0K5LGKoLHi4JsRqj02A
    https://pythonav.com/wiki/detail/6/88/

    Python的赋值语句:a=1
    整数1为一个对象。而a是一个引用。利用赋值语句,引用a指向对象1。Python是动态类型的语言(参考动态类型),对象与引用分离。Python像使用“筷子”那样,通过引用来接触和翻动真正的食物——对象。

    Python的内置函数id()。它用于返回对象的身份(identity)。其实,这里所谓的身份,就是该对象的内存地址。

    a = 1
    
    print(id(a))
    print(hex(id(a)))
    

    缓存机制(池(-5--257 ,类型int),free_list(80个,类型float/list/tuple/dict))
    整数和短小的字符,Python都会缓存这些对象,以便重复使用。当我们创建多个等于1的引用时,实际上是让所有这些引用指向同一个对象。

    a = 1
    b = 1
    
    print(id(a))  # a和b实际上是指向同一个对象的两个引用。
    print(id(b))
    

    为了检验两个引用指向同一个对象,我们可以用is关键字。is用于判断两个引用所指的对象是否相同。

    # True
    a = 1
    b = 1
    print(a is b)
    
    # True
    a = "good"
    b = "good"
    print(a is b)
    
    # False
    a = "very good morning"
    b = "very good morning"
    print(a is b)
    
    # False
    a = []
    b = []
    print(a is b)
    

    在Python中,每个对象都有存有指向该对象的引用总数,即引用计数(reference count)。
    我们可以使用sys包中的getrefcount(),来查看某个对象的引用计数。需要注意的是,当使用某个引用作为参数,传递给getrefcount()时,参数实际上创建了一个临时的引用。
    因此,getrefcount()所得到的结果,会比期望的多1。

    from sys import getrefcount
    
    a = [1, 2, 3]
    print(getrefcount(a))  # 2
    
    b = a
    print(getrefcount(b)) # 3
    

    对象引用对象:

    from sys import getrefcount
    
    a = [1, 2, 3]
    print(getrefcount(a))   # 2
    
    b = [a, a]
    print(getrefcount(a))   # 4
    print(getrefcount(b))   # 2
    

    两个对象可能相互引用,从而构成所谓的引用环(reference cycle)。

    # 1
    a = []
    b = [a]
    a.append(b)
    
    
    # 2
    a = []
    a.append(a)
    print(getrefcount(a))
    

    引用减少:某个对象的引用计数可能减少。比如,可以使用del关键字删除某个引用:

    from sys import getrefcount
    
    a = [1, 2, 3]
    b = a
    print(getrefcount(b))
    
    del a
    print(getrefcount(b)) 
    
    a = [1,2,3]
    del a[0]
    print(a)
    

    如果某个引用指向对象A,当这个引用被重新定向到某个其他对象B时,对象A的引用计数减少:

    from sys import getrefcount
    
    a = [1, 2, 3]
    b = a
    print(getrefcount(b))
    
    a = 1
    print(getrefcount(b)) 
    

    垃圾回收
    当Python的某个对象的引用计数降为0时,说明没有任何引用指向该对象,该对象就成为要被回收的垃圾了。
    比如某个新建对象,它被分配给某个引用,对象的引用计数变为1。如果引用被删除,对象的引用计数为0,那么该对象就可以被垃圾回收。比如下面的表:

    a = [1, 2, 3]
    del a
    

    del a后,已经没有任何引用指向之前建立的[1, 2, 3]这个表。用户不可能通过任何方式接触或者动用这个对象。
    这个对象如果继续待在内存里,就成了不健康的脂肪。当垃圾回收启动时,Python扫描到这个引用计数为0的对象,就将它所占据的内存清空。
    垃圾回收时,Python不能进行其它的任务。频繁的垃圾回收将大大降低Python的工作效率。如果内存中的对象不多,就没有必要总启动垃圾回收。
    所以,Python只会在特定条件下,自动启动垃圾回收。当Python运行时,会记录其中分配对象(object allocation)和取消分配对象(object deallocation)的次数。
    当两者的差值高于某个阈值时,垃圾回收才会启动。我们可以通过gc模块的get_threshold()方法,查看该阈值:

    import gc
    print(gc.get_threshold())   # (700, 10, 10) 后面的两个10是与分代回收相关的阈值
    

    分代回收
    Python同时采用了分代(generation)回收的策略。这一策略的基本假设是,存活时间越久的对象,越不可能在后面的程序中变成垃圾。
    我们的程序往往会产生大量的对象,许多对象很快产生和消失,但也有一些对象长期被使用。出于信任和效率,对于这样一些“长寿”对象,我们相信它们的用处,所以减少在垃圾回收中扫描它们的频率。
    Python将所有的对象分为0,1,2三代。所有的新建对象都是0代对象。【当某一代对象经历过垃圾回收,依然存活,那么它就被归入下一代对象】。
    垃圾回收启动时,一定会扫描所有的0代对象。【如果0代经过一定次数垃圾回收,那么就启动对0代和1代的扫描清理】。当1代也经历了一定次数的垃圾回收后,那么会启动对0,1,2,即对所有对象进行扫描。
    这两个次数即上面get_threshold()返回的(700, 10, 10)返回的两个10。也就是说,每10次0代垃圾回收,会配合1次1代的垃圾回收;而每10次1代的垃圾回收,才会有1次的2代垃圾回收。
    同样可以用set_threshold()来调整,比如对2代对象进行更频繁的扫描。

    import gc
    gc.set_threshold(700, 10, 5)
    

    孤立的引用环 (标记清除解决循环引用的问题)
    引用环的存在会给上面的垃圾回收机制带来很大的困难。这些引用环可能构成无法使用,但引用计数不为0的一些对象。

    a = []
    b = [a]
    a.append(b)
    
    del a
    del b
    

    上面我们先创建了两个表对象,并引用对方,构成一个引用环。删除了a,b引用之后,这两个对象不可能再从程序中调用,就没有什么用处了。
    但是由于引用环的存在,这两个对象的引用计数都没有降到0,不会被垃圾回收

    为了回收这样的引用环,Python复制每个对象的引用计数,可以记为gc_ref。假设,每个对象i,该计数为gc_ref_i。Python会遍历所有的对象i。对于每个对象i引用的对象j,将相应的gc_ref_j减1。
    在结束遍历后,gc_ref不为0的对象,和这些对象引用的对象,以及继续更下游引用的对象,需要被保留。而其它的对象则被垃圾回收

    Python会复制每个对象的引用计数,比如有两个相互引用的对象a和b,此时a的引用计数我们用gc_ref_a 来表示,同理用gc_ref_b 来表示b的引用计数,
    然后Python会遍历所有的引用对象,这里只有a和b,遍历到a的时候,a指向b,将 b的gc_ref_b的值减1,同理遍历b的时候将a的gc_ref_a的值减1,结果他们的值都为0,最后将不为0的对象保留,为0 的对象进行垃圾回收。

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