一、引用計數

Python 垃圾回收以引用計數為主，分代回收為輔。引用計數法的原理是每個物件維護一個ob_refcnt，用來記錄物件被引用的次數，也就是用來追蹤有多少個引用指向了物件，當發生以下四種情況的時候，物件的引用計數+1：

• 物件被建立，比如：a = 14
• 物件被引用，比如： b = a
• 物件被作為引數，傳給函式，比如：func(a)
• 物件作為容器中的一個元素，比如：List = {a,”a”,”b”,2}
  

與上述情況相對應，當發生以下四種情況時，物件的引用計數-1：

物件的別名被顯式銷燬，比如：del a
物件的別名被賦予新的物件，比如：a = 26
物件離開它的作用域，比如 func() 執行完畢時，函式裡面的所有區域性變數的引用計數都會減 1

在 Python 中一切皆物件，它們的核心是 Py_Object 結構體，所有 Python 物件的頭部都包含該結構：

// object.h
#define PyObject_HEAD   
 _PyObject_HEAD_EXTRA  
 Py_ssize_t ob_refcnt;  
 struct _typeobject *ob_type;
​
typedef struct _object {
 PyObject_HEAD
} PyObject;

比如 int 型別的定義如下：

// intobj.h
typedef struct {
 PyObject_HEAD
 long ob_ival;
} PyIntObject;

簡而言之，PyObject 是每個物件必有的內容，其中 ob_refcnt 是物件的引用計數。物件有新的引用時，它的 ob_refcnt 會增加；當物件的引用被刪除時，ob_refcnt 會減少。當引用計數為 0 時，物件的生命週期就結束了。

// object.h
#define Py_INCREF(op) (    
 _Py_INC_REFTOTAL _Py_REF_DEBUG_COMMA 
 ((PyObject*)(op))->ob_refcnt++)
​
#define Py_DECREF(op)     
 do {      
 if (_Py_DEC_REFTOTAL _Py_REF_DEBUG_COMMA 
 --((PyObject*)(op))->ob_refcnt != 0)  
  _Py_CHECK_REFCNT(op)   
 else      
 _Py_Dealloc((PyObject *)(op));   
 } while (0)

引用計數有很明顯的優點：

• 高效
• 執行期沒有停頓，即實時性：物件一旦沒有引用，將直接被釋放。實時性還帶來一個好處是：處理回收記憶體的時間分攤到了平時
• 物件有確定的生命週期
• 易於實現
  

原始的引用計數法也有明顯的缺點：

• 維護引用計數消耗資源，維護引用計數的次數和引用賦值成正比
• 無法解決迴圈引用的問題

比如：

list1 = []
list2 = []
list1.append(list2)
list2.append(list1)

為了解決這兩個致命弱點，Python 又引入了以下兩種 GC 機制。

二、標記-清除

『標記-清除（Mark-Sweep）』演算法是一種基於追蹤回收（tracing GC）技術實現的垃圾回收演算法。它分為兩個階段：第一階段是標記階段，GC 會給所有『活動物件』打上標記；第二階段是回收沒有標記的『非活動物件』。那麼 GC 如何判斷哪些是活動物件、哪些是非活動物件呢？

物件之間通過引用（指標）連在一起，構成一個有向圖。物件是有向圖的頂點，引用關係是有向圖的弧。從根物件（root object）出發，遍歷有向圖，將可達的（reachable）物件標記為活動物件，不可達的物件就是要被清除的非活動物件。根物件是全域性變數、呼叫棧、暫存器。

在上圖中，把小黑圈視為全域性變數，也就是把它作為 root object，從小黑圈出發，物件 1 可直達，那麼它將被標記，物件 2、3 可間接到達，也會被標記，而 4 和 5 不可達，因此 1、2、3 是活動物件，4 和 5 是非活動物件，會被 GC 回收。

標記清除演算法作為 Python 的輔助垃圾回收技術，主要用於處理容器物件，比如 list、dict、tuple、instance 等，因為字串、數值等原子型別的物件不可能造成迴圈引用問題。Python 使用雙向連結串列將容器物件組織起來。不過這種簡單粗暴的標記清除演算法也有明顯的缺點：清除非活動物件前，必須順序掃描整個堆記憶體，哪怕只剩下小部分非活動物件，也要掃描所有物件。

三，分代回收

分代回收是一種以空間換時間的操作方式，Python 將記憶體根據物件的存活時間劃分為不同的集合，每個集合稱為一個代，Python 將記憶體分為了 3 代，分別為年輕代（第 0 代）、中年代（第 1 代）、老年代（第 2 代），它們對應是 3 個連結串列，垃圾回收頻率隨著物件存活時間的增大而減小。新建立的物件都會被分配到年輕代，當年輕代連結串列的節點總數達到上限時，Python 垃圾收集機制就會被觸發，把可以被回收的物件回收掉，而不能被回收的物件會被移到中年代去，依此類推，老年代中的物件是存活時間最久的物件，甚至存活於整個系統的生命週期內。分代回收建立在標記清除的基礎之上，分代回收同樣作為 Python 處理容器物件的輔助垃圾回收技術。

以上就是python中的GC機制的詳細內容，更多關於python GC的資料請關注我們其它相關文章！