得益于 Python 的自動垃圾回收機(jī)制，在 Python 中創(chuàng)建對象時無須手動釋放。這對開發(fā)者非常友好，讓開發(fā)者無須關(guān)注低層內(nèi)存管理。但如果對其垃圾回收機(jī)制不了解，很多時候?qū)懗龅?nbsp;Python 代碼會非常低效。

垃圾回收算法有很多，主要有： 引用計數(shù) 、 標(biāo)記-清除 、 分代收集 等。

在 python 中，垃圾回收算法以 引用計數(shù) 為主， 標(biāo)記-清除 和 分代收集 兩種機(jī)制為輔。

1 引用計數(shù)

1.1 引用計數(shù)算法原理

引用計數(shù)原理比較簡單：

每個對象有一個整型的引用計數(shù)屬性。用于記錄對象被引用的次數(shù)。例如對象 A ，如果有一個對象引用了 A ，則 A 的引用計數(shù) +1 。當(dāng)引用刪除時， A 的引用計數(shù) -1 。當(dāng) A 的引用計數(shù)為0時，即表示對象 A 不可能再被使用，直接回收。

在 Python 中，可以通過 sys 模塊的 getrefcount 函數(shù)獲取指定對象的引用計數(shù)器的值，我們以實際例子來看。

import sys

class A():
    def __init__(self):
        pass
        
a = A()
print(sys.getrefcount(a))

運(yùn)行上面代碼，可以得到輸出結(jié)果為 2 。

1.2 計數(shù)器增減條件

上面我們看到，創(chuàng)建一個 A 對象，并將對象賦值給 a 變量后，對象的引用計數(shù)器值為 2 。那么什么時候計數(shù)器會 +1 ，什么時候計數(shù)器會 -1 呢？

1.2.1 引用計數(shù)+1的條件

A()
a=A()
func(a)
arr=[a,a]

1.2.2 引用計數(shù)-1的條件

對象被顯式銷毀，如 del a 。變量重新賦予新的對象，例如 a=0 。對象離開它的作用域，如 func 函數(shù)執(zhí)行完畢時， func 函數(shù)中的局部變量（全局變量不會）。

對象所在的容器被銷毀，或從容器中刪除對象。

1.2.3 代碼實戰(zhàn)

為了更好的理解計數(shù)器的增減，我們運(yùn)行實際代碼，一目了然。

import sys
 
class A():

    def __init__(self):
        pass
 
print("創(chuàng)建對象 0 + 1 =", sys.getrefcount(A()))

a = A()
print("創(chuàng)建對象并賦值 0 + 2 =", sys.getrefcount(a))

b = a
c = a
print("賦給2個變量 2 + 2 =", sys.getrefcount(a))

b = None
print("變量重新賦值 4 - 1 =", sys.getrefcount(a))

del c
print("del對象 3 - 1 =", sys.getrefcount(a))

d = [a, a, a]
print("3次加入列表 2 + 3 =", sys.getrefcount(a))


def func(c):
    print('傳入函數(shù) 1 + 2 = ', sys.getrefcount(c))
func(A())

輸出結(jié)果如下：

創(chuàng)建對象 0 + 1 = 1
創(chuàng)建對象并賦值 0 + 2 = 2
賦給2個變量 2 + 2 = 4
變量重新賦值 4 - 1 = 3
del對象 3 - 1 = 2
3次加入列表 2 + 3 = 5
傳入函數(shù) 1 + 2 =  3

1.3 引用計數(shù)的優(yōu)點與缺點

1.3.1 引用計數(shù)優(yōu)點

高效、邏輯簡單，只需根據(jù)規(guī)則對計數(shù)器做加減法。
實時性。一旦對象的計數(shù)器為零，就說明對象永遠(yuǎn)不可能再被用到，無須等待特定時機(jī)，直接釋放內(nèi)存。

1.3.2 引用計數(shù)缺點

需要為對象分配引用計數(shù)空間，增大了內(nèi)存消耗。

當(dāng)需要釋放的對象比較大時，如字典對象，需要對引用的所有對象循環(huán)嵌套調(diào)用，可能耗時比較長。

循環(huán)引用。這是引用計數(shù)的致命傷，引用計數(shù)對此是無解的，因此必須要使用其它的垃圾回收算法對其進(jìn)行補(bǔ)充。

2 標(biāo)記-清除

上一小節(jié)提到，引用計數(shù)算法無法解決循環(huán)引用問題，循環(huán)引用的對象會導(dǎo)致大家的計數(shù)器永遠(yuǎn)都不會等于 0 ，帶來無法回收的問題。

標(biāo)記-清除 算法主要用于潛在的循環(huán)引用問題，該算法分為2步：

標(biāo)記階段。將所有的對象看成圖的節(jié)點，根據(jù)對象的引用關(guān)系構(gòu)造圖結(jié)構(gòu)。從圖的根節(jié)點遍歷所有的對象，所有訪問到的對象被打上標(biāo)記，表明對象是“可達(dá)”的。
清除階段。遍歷所有對象，如果發(fā)現(xiàn)某個對象沒有標(biāo)記為“可達(dá)”，則就回收。

以具體代碼示例說明：

class A():
    def __init__(self):
        self.obj = None
 
def func():
    a = A()
    b = A()
    c = A()
    d = A()

    a.obj = b
    b.obj = a
    return [c, d]

e = func()

上面代碼中，a和b相互引用，e引用了c和d。整個引用關(guān)系如下圖所示

如果采用引用計數(shù)器算法，那么a和b兩個對象將無法被回收。而采用標(biāo)記清除法，從根節(jié)點（即e對象）開始遍歷，c、d、e三個對象都會被標(biāo)記為 可達(dá) ，而a和b無法被標(biāo)記。因此a和b會被回收。

這是讀者可能會有疑問，為什么確定根節(jié)點是e，而不會是a、b、c、d呢？這里就有講究了，什么樣的對象會被看成是根節(jié)點呢？一般而言，根節(jié)點的選取包括（但不限于）如下幾種：

當(dāng)前棧幀中的本地變量表中引用的對象，如各個線程被調(diào)用的方法堆棧中使用到的參數(shù)、局部變量、臨時變量等。
全局靜態(tài)變量
...

3 分代收集

3.1 分代收集原理

在執(zhí)行垃圾回收過程中，程序會被暫停，即 stop-the-world 。這里很好理解：你媽媽在打掃房間的時候，肯定不允許你在房間內(nèi)到處丟垃圾，要不然永遠(yuǎn)也無法打掃干凈。

為了減少程序的暫停時間，采用 分代回收 ( Generational Collection )降低垃圾收集耗時。

分代回收基于這樣的法則：

接大部分的對象生命周期短，大部分對象都是朝生夕滅。
經(jīng)歷越多次數(shù)的垃圾收集且活下來的對象，說明該對象越不可能是垃圾，應(yīng)該越少去收集。

Python 中，對象一共有3種世代： G0 , G1 , G2 。

對象剛創(chuàng)建時為 G0 。
如果在一輪 GC 掃描中存活下來，則移至 G1 ，處于 G1 的對象被掃描次數(shù)會減少。
如果再次在掃描中活下來，則進(jìn)入 G2 ，處于 G1 的對象被掃描次數(shù)將會更少。

3.2 觸發(fā)GC時機(jī)

當(dāng)某世代中分配的對象數(shù)量與被釋放的對象之差達(dá)到某個閾值的時，將觸發(fā)對該代的掃描。當(dāng)某世代觸發(fā)掃描時，比該世代年輕的世代也會觸發(fā)掃描。

那么這個閾值是多少呢？我們可以通過代碼查看或者修改，示例代碼如下

import gc
threshold = gc.get_threshold()
print("各世代的閾值:", threshold)

# 設(shè)置各世代閾值
# gc.set_threshold(threshold0[, threshold1[, threshold2]])
gc.set_threshold(800, 20, 20)

輸出結(jié)果如下：