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Python記憶體管理&垃圾回識訓制

2020-09-30 04:17:34 後端開發

Python以參考計數器為主,標記清除與分代回收為輔+快取機制來進行記憶體管理和垃圾回收

1.參考計數器

  1.1 環狀雙向鏈表(refchain)

    Python中創建的任何物件都會放在refchain中

  

    eg:

      name = 'ty'  # 內部會創建一個結構體(上一個物件,下一個物件,型別,參考個數

      new  = name  # 此時'ty'結構體中的參考個數為2

        

      age = 18   # 內部創建一個結構體(上一個物件,下一個物件,型別,參考個數,val = 18)

      hobby = ['美女', '跑步']  # 內部創建一個結構體(上一個物件,下一個物件,型別,參考個數,元素個數,items = 元素)

      1.1.1 c原始碼中如何體現每個物件中都有相同的值:PyObject結構體(4個值)

        如何體現由多個元素組成的物件: PyObject結構體(4個值)+ob_size(元素個數)

        

      

  1.2 型別封裝結構體

    

    eg

      data = https://www.cnblogs.com/tyyy/p/3.14

      內部創建:

        _ob_prev = refchain中上一個物件

        _obj_next = refchain中下一個物件

        _ob_refcnt = 1  # 參考計數器

        _ob_type = float

        _ob_fval = 3.14

  1.3 參考計數器

  

    v1 = 3.14

    v2 = 999

    v3 = (1, 2, 3)

    當Python運行時,會根據資料型別的不同找到其對應的結構體,根據結構體中的欄位來進行創建相關的資料,然后將物件添加到refchain雙向鏈表中,

    在原始碼中有兩個關鍵的結構體:PyObject(公共的值) & PyVarObject(多個元素組成時公共的值),

    每個物件中的ob_refcnt就是參考計數器,值默認為1,當有其他變數時,參考物件的參考計數器就會發生變化(+1)

    eg

      參考:

        a = 9999

        b = a  # 此時ob_refcnt = 2

      洗掉參考:

        a = 9999

        b = a

        del b  # b變數洗掉;對應物件參考計數器-1

        del a  # a變數洗掉;對應物件參考計數器-1

      當ob_refcnt為0時,意味著沒有人使用此物件了,這個物件就是垃圾,進行垃圾回收

      問題:如何進行垃圾回收?

      1.物件從refchain鏈表中移除,

      2.將物件從記憶體中銷毀,記憶體歸還給作業系統,

  1.4回圈參考&交叉感染

    -僅僅用ob_refcnt就會出現這個問題

    

    為了解決這個問題有引入了標記清除

2.標記清除

  目的:解決參考計數器回圈參考的不足

  實作:在Python的底層在維護一個鏈表,鏈表中專門存放那些可能存在回圈參考的物件(list/dict/set/tuple)

  

    Python內部,某種情況下觸發,會去掃描可能存在回圈參考的鏈表中的每一個元素(元素的子元素也被掃描),檢查是否有回圈參考,如

  有讓雙方的參考計數器-1,若是0則垃圾回收,

  問題:什么時候掃描?

     可能存在回圈參考的鏈表掃描代價太大,每次掃描耗時太久

  引入分代回收

3.分代回收

  

  將可能存在回圈參考的物件維護成3個鏈表

    0代:0代中物件個數達到700時掃描一次,

    1代:0代掃描10次,則1代掃描一次,

    2代:1代掃描10次,則2代掃描一次,

  將不是垃圾的物件向上升代,否則剔除,

4.小結

  在Python中維護了一個refchain的雙向環狀鏈表,這個鏈表中存盤程式創建的所有物件,每種型別的物件中都有一個ob_refcnt參考計數器的值,參考個數+1,-1,最后當參考計數器變為0時會進行垃圾回收(refchain中移除,物件銷毀),

  但是,在Python中對于那些可以有多個元素組成的物件,可能會存在回圈參考的問題,為了解決這個問題Python又引入了標記清除和分代回收,在其內部維護4個鏈表,

  refchain

  2代,10次

  1代,10次

  0代,700個

在原始碼內部當達到各自的閾值時,就會觸發掃描鏈表進行標記清除的動作(有回圈則各自-1)

 

but,原始碼內部在上述的流程中提出了優化機制

5.Python快取

  5.1池(int)

  為了避免重復創建和銷毀一些常見物件,維護池,

  # 啟動解釋器時,Python內部幫我們創建: -5,-4... ... ...257

  v1 = 7  # 內部不會開辟記憶體,直接去池中獲取

  v2 = 9  # 內部不會開辟記憶體,直接去池中獲取

  v3 = 9  # 內部不會開辟記憶體,直接去池中獲取

 

  5.2 free_list (float/list/tuple/dict)

  當一個物件的參考計數器為0時,按理說應該回收,內部不會直接回收,而是將物件添加到free_list鏈表中當快取,以后再去創建物件時,不再重新開辟記憶體,而是直接使用free_list,

eg:

  v1 = 3.14  # 開辟記憶體,內部存盤結構中定義那幾個值,并存到refchainh中

  del v1  # refchain中移除,將物件添加到 free_list 中(80個),free_list滿了則銷毀,

  v9 = 999.99  # 不會重新開辟記憶體,而是去free_list中獲取物件,物件內部資料初始化,再放到refchain中,

  

 

  

    

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