大家好，我是安果！

Python 作為一門解釋型語(yǔ)言，以代碼簡(jiǎn)潔易懂著稱，我們可以直接對(duì)名稱賦值，而不必聲明類型，名稱類型的確定、內(nèi)存空間的分配與釋放都是由 Python 解釋器在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的

Python 這一自動(dòng)管理內(nèi)存功能極大的減小了程序員負(fù)擔(dān)

對(duì)于 Python 這種高級(jí)別的語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)者完成可以不用關(guān)心其內(nèi)部的垃圾回收機(jī)制，相輔相成的通過(guò)學(xué)習(xí) Python 內(nèi)部的垃圾回收機(jī)制，并了解其原理，可以使得開(kāi)發(fā)者能夠更好的寫代碼，更加 Pythonista

目錄

1. Python 內(nèi)存管理機(jī)制

2. Python 的垃圾回收機(jī)制

????????2.3 分代回收(Generational garbage collector)

3. Python 中的 gc 模塊

Python內(nèi)存管理機(jī)制

在 Python 中，內(nèi)存管理涉及到一個(gè)包含所有 Python 對(duì)象和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的私有堆（heap）。這個(gè)私有堆的管理由內(nèi)部的 Python 內(nèi)存管理器（Python memory manager） 保證。Python 內(nèi)存管理器有不同的組件來(lái)處理各種動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理方面的問(wèn)題，如共享、分割、預(yù)分配或緩存。

在最底層，一個(gè)原始內(nèi)存分配器通過(guò)與操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理器交互，確保私有堆中有足夠的空間來(lái)存儲(chǔ)所有與 Python 相關(guān)的數(shù)據(jù)。在原始內(nèi)存分配器的基礎(chǔ)上，幾個(gè)對(duì)象特定的分配器在同一堆上運(yùn)行，并根據(jù)每種對(duì)象類型的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同的內(nèi)存管理策略。例如，整數(shù)對(duì)象在堆內(nèi)的管理方式不同于字符串、元組或字典，因?yàn)檎麛?shù)需要不同的存儲(chǔ)需求和速度與空間的權(quán)衡。因此，Python 內(nèi)存管理器將一些工作分配給對(duì)象特定分配器，但確保后者在私有堆的范圍內(nèi)運(yùn)行。

Python 堆內(nèi)存的管理是由解釋器來(lái)執(zhí)行，用戶對(duì)它沒(méi)有控制權(quán)，即使他們經(jīng)常操作指向堆內(nèi)內(nèi)存塊的對(duì)象指針，理解這一點(diǎn)十分重要。

Python為了避免對(duì)于小對(duì)象（<=512bytes）出現(xiàn)數(shù)量過(guò)多的GC，導(dǎo)致的性能消耗。Python對(duì)于小對(duì)象采用子分配 (內(nèi)存池) 的方式進(jìn)行內(nèi)存塊的管理。對(duì)于大對(duì)象使用標(biāo)準(zhǔn)C中的allocator來(lái)分配內(nèi)存。

Python對(duì)于小對(duì)象的allocator由大到小分為三個(gè)層級(jí)：arena、pool、block。

Block

Block是最小的一個(gè)層級(jí)，每個(gè)block僅僅可以容納包含一個(gè)固定大小的Python Object。大小從8-512bytes，以8bytes為步長(zhǎng)，分為64類不同的block。

Pool

Pool具有相同大小的block組成集合稱為Pool。通常情況下，Pool的大小為4kb，與虛擬內(nèi)存頁(yè)的大小保存一致。限制Pool中block有固定的大小，有如下好處是: 當(dāng)一個(gè)對(duì)象在當(dāng)前Pool中的某個(gè)block被銷毀時(shí)，Pool內(nèi)存管理可以將新生成的對(duì)象放入該block中。

/*?Pool?for?small?blocks.?*/
struct?pool_header?{
????union?{?block?*_padding;
????????????uint?count;?}?ref;??????????/*?number?of?allocated?blocks????*/
????block?*freeblock;???????????????????/*?pool's?free?list?head?????????*/
????struct?pool_header?*nextpool;???????/*?next?pool?of?this?size?class??*/
????struct?pool_header?*prevpool;???????/*?previous?pool???????""????????*/
????uint?arenaindex;????????????????????/*?index?into?arenas?of?base?adr?*/
????uint?szidx;?????????????????????????/*?block?size?class?index????????*/
????uint?nextoffset;????????????????????/*?bytes?to?virgin?block?????????*/
????uint?maxnextoffset;?????????????????/*?largest?valid?nextoffset??????*/
};

具有相同大小的Pool通過(guò)雙向鏈表來(lái)連接，sidx用來(lái)標(biāo)識(shí)Block的類型。arenaindex標(biāo)識(shí)當(dāng)前Pool屬于哪個(gè)Arena。ref.conut標(biāo)識(shí)當(dāng)前Pool使用了多少個(gè)Block。freeblock：標(biāo)識(shí)當(dāng)前Pools中可用block的指針。freeblock實(shí)際是單鏈表實(shí)現(xiàn)，當(dāng)一塊block為空狀態(tài)時(shí)，則將該block插入到freeblock鏈表的頭部。

每個(gè)Pool都有三個(gè)狀態(tài)：

• used：部分使用，即Pool不滿，也不為空
• full：滿，即所有Pool中的Block都已被分配
• empty：空, 即所有Pool中的Block都未被分配

usedpool為了很好的高效的管理Pool，Python額外使用了array，usedpool來(lái)管理。即如下圖所示，usedpool按序存儲(chǔ)著每個(gè)特性大小的Pool的頭指針，相同大小的Pool按照雙向鏈表來(lái)連接。當(dāng)分配新的內(nèi)存空間時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)特定大小的Pool，只需要使用usedpools找到頭指針，遍歷即可，當(dāng)沒(méi)有內(nèi)存空間時(shí)，只需要在Pool的雙向鏈表的頭部插入新的Pool即可。

Arena

Pools和Blocks都不會(huì)直接去進(jìn)行內(nèi)存分配(allocate), Pools和Blocks會(huì)使用從arena那邊已經(jīng)分配好的內(nèi)存空間。Arena：是分配在堆上256kb的塊狀內(nèi)存，提供了64個(gè)Pool。

struct?arena_object?{
????uintptr_t?address;
????block*?pool_address;
????uint?nfreepools;
????uint?ntotalpools;
????struct?pool_header*?freepools;
????struct?arena_object*?nextarena;
????struct?arena_object*?prevarena;
};

所有的arenas也使用雙鏈表進(jìn)行連接(prevarena, nextarena字段). nfreepools和ntotalpools存儲(chǔ)著當(dāng)前可用pools的信息。freepools指針指向當(dāng)前可用的pools。arena結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，職責(zé)即為按需給pools分配內(nèi)存，當(dāng)一個(gè)arena為空時(shí)，則將該arena的內(nèi)存歸還給操作系統(tǒng)。

Python的垃圾回收機(jī)制

Python采用的是引用計(jì)數(shù)機(jī)制為主，標(biāo)記-清除和分代收集兩種機(jī)制為輔的策略。

引用計(jì)數(shù)(reference counting)

Python語(yǔ)言默認(rèn)采用的垃圾收集機(jī)制是“引用計(jì)數(shù)法 Reference Counting”，該算法最早George E. Collins在1960的時(shí)候首次提出，50年后的今天，該算法依然被很多編程語(yǔ)言使用。

引用計(jì)數(shù)法的原理是：每個(gè)對(duì)象維護(hù)一個(gè)ob_ref字段，用來(lái)記錄該對(duì)象當(dāng)前被引用的次數(shù)，每當(dāng)新的引用指向該對(duì)象時(shí)，它的引用計(jì)數(shù)ob_ref加1，每當(dāng)該對(duì)象的引用失效時(shí)計(jì)數(shù)ob_ref減1，一旦對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為0，該對(duì)象立即被回收，對(duì)象占用的內(nèi)存空間將被釋放。

它的缺點(diǎn)是需要額外的空間維護(hù)引用計(jì)數(shù)，這個(gè)問(wèn)題是其次的，不過(guò)最主要的問(wèn)題是它不能解決對(duì)象的“循環(huán)引用”，因此，也有很多語(yǔ)言比如Java并沒(méi)有采用該算法做來(lái)垃圾的收集機(jī)制。

Python中一切皆對(duì)象，也就是說(shuō)，在Python中你用到的一切變量，本質(zhì)上都是類對(duì)象。實(shí)際上每一個(gè)對(duì)象的核心就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體PyObject，它的內(nèi)部有一個(gè)引用計(jì)數(shù)器ob_refcnt，程序在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)實(shí)時(shí)的更新ob_refcnt的值，來(lái)反映引用當(dāng)前對(duì)象的名稱數(shù)量。當(dāng)某對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值為0,說(shuō)明這個(gè)對(duì)象變成了垃圾，那么它會(huì)被回收掉，它所用的內(nèi)存也會(huì)被立即釋放掉。

typedef?struct?_object?{
????int?ob_refcnt;//引用計(jì)數(shù)
????struct?_typeobject?*ob_type;
}?PyObject;

導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)+1的情況：

• 對(duì)象被創(chuàng)建，例如a=23
• 對(duì)象被引用，例如b=a
• 對(duì)象被作為參數(shù)，傳入到一個(gè)函數(shù)中，例如func(a)
• 對(duì)象作為一個(gè)元素，存儲(chǔ)在容器中，例如list1=[a,a]

導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)-1的情況

• 對(duì)象的別名被顯式銷毀，例如del a
• 對(duì)象的別名被賦予新的對(duì)象，例如a=24
• 一個(gè)對(duì)象離開(kāi)它的作用域，例如f函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí)，func函數(shù)中的局部變量（全局變量不會(huì)）
• 對(duì)象所在的容器被銷毀，或從容器中刪除對(duì)象

我們可以通過(guò)sys包中的getrefcount()來(lái)獲取一個(gè)名稱所引用的對(duì)象當(dāng)前的引用計(jì)。sys.getrefcount()本身會(huì)使得引用計(jì)數(shù)加一.

循環(huán)引用

引用計(jì)數(shù)的另一個(gè)現(xiàn)象就是循環(huán)引用，相當(dāng)于有兩個(gè)對(duì)象a和b，其中a引用了b，b引用了a，這樣a和b的引用計(jì)數(shù)都為1，并且永遠(yuǎn)都不會(huì)為0，這就意味著這兩個(gè)對(duì)象永遠(yuǎn)都不會(huì)被回收了，這就是循環(huán)引用 , a與b形成了一個(gè)引用循環(huán) , 示例如下 :

a?=?[1,?2]??#?計(jì)數(shù)為?1
b?=?[2,?3]??#?計(jì)數(shù)為?1
a.append(b)??#?計(jì)數(shù)為?2
b.append(a)??#?計(jì)數(shù)為?2
del?a??#?計(jì)數(shù)為?1
del?b??#?計(jì)數(shù)為?1

除了上述兩個(gè)對(duì)象互相引用之外 , 還可以引用自身 ：

list3?=?[1,2,3]
list3.append(list3)

循環(huán)引用導(dǎo)致變量計(jì)數(shù)永不為 0，造成引用計(jì)數(shù)無(wú)法將其刪除。

引用計(jì)數(shù)法有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，如高效、實(shí)現(xiàn)邏輯簡(jiǎn)單、具備實(shí)時(shí)性，一旦一個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)歸零，內(nèi)存就直接釋放了。不用像其他機(jī)制等到特定時(shí)機(jī)。將垃圾回收隨機(jī)分配到運(yùn)行的階段，處理回收內(nèi)存的時(shí)間分?jǐn)偟搅似綍r(shí)，正常程序的運(yùn)行比較平穩(wěn)。引用計(jì)數(shù)也存在著一些缺點(diǎn)：

• 邏輯簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)有些麻煩。每個(gè)對(duì)象需要分配單獨(dú)的空間來(lái)統(tǒng)計(jì)引用計(jì)數(shù)，這無(wú)形中加大的空間的負(fù)擔(dān)，并且需要對(duì)引用計(jì)數(shù)進(jìn)行維護(hù)，在維護(hù)的時(shí)候很容易會(huì)出錯(cuò)。
• 在一些場(chǎng)景下，可能會(huì)比較慢。正常來(lái)說(shuō)垃圾回收會(huì)比較平穩(wěn)運(yùn)行，但是當(dāng)需要釋放一個(gè)大的對(duì)象時(shí)，比如字典，需要對(duì)引用的所有對(duì)象循環(huán)嵌套調(diào)用，從而可能會(huì)花費(fèi)比較長(zhǎng)的時(shí)間。
• 循環(huán)引用。這將是引用計(jì)數(shù)的致命傷，引用計(jì)數(shù)對(duì)此是無(wú)解的，因此必須要使用其它的垃圾回收算法對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。

也就是說(shuō)，Python 的垃圾回收機(jī)制，很大一部分是為了處理可能產(chǎn)生的循環(huán)引用，是對(duì)引用計(jì)數(shù)的補(bǔ)充。

標(biāo)記清除(Mark and Sweep)

Python采用了“標(biāo)記-清除”(Mark and Sweep)算法，解決容器對(duì)象可能產(chǎn)生的循環(huán)引用問(wèn)題。(注意，只有容器對(duì)象才會(huì)產(chǎn)生循環(huán)引用的情況，比如列表、字典、用戶自定義類的對(duì)象、元組等。而像數(shù)字，字符串這類簡(jiǎn)單類型不會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用。作為一種優(yōu)化策略，對(duì)于只包含簡(jiǎn)單類型的元組也不在標(biāo)記清除算法的考慮之列)

跟其名稱一樣，該算法在進(jìn)行垃圾回收時(shí)分成了兩步，分別是：

• 標(biāo)記階段，遍歷所有的對(duì)象，如果是可達(dá)的（reachable），也就是還有對(duì)象引用它，那么就標(biāo)記該對(duì)象為可達(dá)；
• 清除階段，再次遍歷對(duì)象，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)對(duì)象沒(méi)有標(biāo)記為可達(dá)，則就將其回收。

對(duì)象之間會(huì)通過(guò)引用（指針）連在一起，構(gòu)成一個(gè)有向圖，對(duì)象構(gòu)成這個(gè)有向圖的節(jié)點(diǎn)，而引用關(guān)系構(gòu)成這個(gè)有向圖的邊。從root object出發(fā)，沿著有向邊遍歷對(duì)象，可達(dá)的（reachable）對(duì)象標(biāo)記為活動(dòng)對(duì)象，不可達(dá)（unreachable）的對(duì)象就是要被清除的非活動(dòng)對(duì)象。所謂 root object，就是一些全局變量、調(diào)用棧、寄存器，這些對(duì)象是不可被刪除的。

我們把小黑圈視為 root object，從小黑圈出發(fā)，對(duì)象 1 可達(dá)，那么它將被標(biāo)記，對(duì)象 2、3可間接可達(dá)也會(huì)被標(biāo)記，而 4 和 5 不可達(dá)，那么 1、2、3 就是活動(dòng)對(duì)象，4 和 5 是非活動(dòng)對(duì)象會(huì)被 GC 回收。

如下圖所示，在標(biāo)記清除算法中，為了追蹤容器對(duì)象，需要每個(gè)容器對(duì)象維護(hù)兩個(gè)額外的指針，用來(lái)將容器對(duì)象組成一個(gè)雙端鏈表，指針?lè)謩e指向前后兩個(gè)容器對(duì)象，方便插入和刪除操作。Python解釋器(Cpython)維護(hù)了兩個(gè)這樣的雙端鏈表，一個(gè)鏈表存放著需要被掃描的容器對(duì)象，另一個(gè)鏈表存放著臨時(shí)不可達(dá)對(duì)象。

在圖中，這兩個(gè)鏈表分別被命名為“Object to Scan”和“Unreachable”。圖中例子是這么一個(gè)情況：link1,link2,link3組成了一個(gè)引用環(huán)，同時(shí)link1還被一個(gè)變量A(其實(shí)這里稱為名稱A更好)引用。link4自引用，也構(gòu)成了一個(gè)引用環(huán)。

從圖中我們還可以看到，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)除了有一個(gè)記錄當(dāng)前引用計(jì)數(shù)的變量ref_count還有一個(gè)gc_ref變量，這個(gè)gc_ref是ref_count的一個(gè)副本，所以初始值為ref_count的大小。

gc啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)逐個(gè)遍歷“Object to Scan”鏈表中的容器對(duì)象，并且將當(dāng)前對(duì)象所引用的所有對(duì)象的gc_ref減一。(掃描到link1的時(shí)候，由于link1引用了link2,所以會(huì)將link2的gc_ref減一，接著掃描link2,由于link2引用了link3,所以會(huì)將link3的gc_ref減一…..)像這樣將“Objects to Scan”鏈表中的所有對(duì)象考察一遍之后，兩個(gè)鏈表中的對(duì)象的ref_count和gc_ref的情況如下圖所示。這一步操作就相當(dāng)于解除了循環(huán)引用對(duì)引用計(jì)數(shù)的影響。

接著，gc會(huì)再次掃描所有的容器對(duì)象，如果對(duì)象的gc_ref值為0，那么這個(gè)對(duì)象就被標(biāo)記為GC_TENTATIVELY_UNREACHABLE，并且被移至“Unreachable”鏈表中。下圖中的link3和link4就是這樣一種情況。

如果對(duì)象的gc_ref不為0，那么這個(gè)對(duì)象就會(huì)被標(biāo)記為GC_REACHABLE。同時(shí)當(dāng)gc發(fā)現(xiàn)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是可達(dá)的，那么他會(huì)遞歸式的將從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)可以到達(dá)的所有節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為GC_REACHABLE,這就是下圖中l(wèi)ink2和link3所碰到的情形。

除了將所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為GC_REACHABLE之外，如果該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前在“Unreachable”鏈表中的話，還需要將其移回到“Object to Scan”鏈表中，下圖就是link3移回之后的情形。

第二次遍歷的所有對(duì)象都遍歷完成之后，存在于“Unreachable”鏈表中的對(duì)象就是真正需要被釋放的對(duì)象。如上圖所示，此時(shí)link4存在于Unreachable鏈表中，gc隨即釋放之。

上面描述的垃圾回收的階段，會(huì)暫停整個(gè)應(yīng)用程序，等待標(biāo)記清除結(jié)束后才會(huì)恢復(fù)應(yīng)用程序的運(yùn)行。

標(biāo)記清除的優(yōu)點(diǎn)在于可以解決循環(huán)引用的問(wèn)題，并且在整個(gè)算法執(zhí)行的過(guò)程中沒(méi)有額外的開(kāi)銷。缺點(diǎn)在于當(dāng)執(zhí)行標(biāo)記清除時(shí)正常的程序?qū)?huì)被阻塞。另外一個(gè)缺點(diǎn)在于，標(biāo)記清除算法在執(zhí)行很多次數(shù)后，程序的堆空間會(huì)產(chǎn)生一些小的內(nèi)存碎片。

分代回收(Generational garbage collector)

分代回收技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種垃圾回收機(jī)制，也是Java 垃圾回收的核心算法。分代回收是基于這樣的一個(gè)統(tǒng)計(jì)事實(shí)，對(duì)于程序，存在一定比例的內(nèi)存塊的生存周期比較短；而剩下的內(nèi)存塊，生存周期會(huì)比較長(zhǎng)，甚至?xí)某绦蜷_(kāi)始一直持續(xù)到程序結(jié)束。

生存期較短對(duì)象的比例通常在 80%～90% 之間。因此，簡(jiǎn)單地認(rèn)為：對(duì)象存在時(shí)間越長(zhǎng)，越可能不是垃圾，應(yīng)該越少去收集。這樣在執(zhí)行標(biāo)記-清除算法時(shí)可以有效減小遍歷的對(duì)象數(shù)，從而提高垃圾回收的速度，是一種以空間換時(shí)間的方法策略。

• Python 將所有的對(duì)象分為 0，1，2 三代；
• 所有的新建對(duì)象都是 0 代對(duì)象；
• 當(dāng)某一代對(duì)象經(jīng)歷過(guò)垃圾回收，依然存活，就被歸入下一代對(duì)象。

那么，按什么標(biāo)準(zhǔn)劃分對(duì)象呢?是否隨機(jī)將一個(gè)對(duì)象劃分到某個(gè)代即可呢?答案是否定的。實(shí)際上，對(duì)象分代里頭也是有不少學(xué)問(wèn)的，好的劃分標(biāo)準(zhǔn)可顯著提升垃圾回收的效率。

Python 內(nèi)部根據(jù)對(duì)象存活時(shí)間，將對(duì)象分為 3 代，每個(gè)代都由一個(gè) gc_generation 結(jié)構(gòu)體來(lái)維護(hù)（定義于 Include/internal/mem.h）：

struct?gc_generation?{?
????PyGC_Head?head;?
????int?threshold;?/*?collection?threshold?*/?
????int?count;?/*?count?of?allocations?or?collections?of?younger?generations?*/?
};

其中：

• head，可收集對(duì)象鏈表頭部，代中的對(duì)象通過(guò)該鏈表維護(hù)
• threshold，僅當(dāng) count 超過(guò)本閥值時(shí)，Python 垃圾回收操作才會(huì)掃描本代對(duì)象
• count，計(jì)數(shù)器，不同代統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目不一樣

Python 虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)由 Include/internal/pystate.h 中的 pyruntimestate 結(jié)構(gòu)體表示，它內(nèi)部有一個(gè) _gc_runtime_state ( Include/internal/mem.h )結(jié)構(gòu)體，保存 GC 狀態(tài)信息，包括 3 個(gè)對(duì)象代。這 3 個(gè)代，在 GC 模塊( Modules/gcmodule.c ) _PyGC_Initialize 函數(shù)中初始化：

struct?gc_generation?generations[NUM_GENERATIONS]?=?{
????/*?PyGC_Head,?threshold,?count?*/
????{{{_GEN_HEAD(0),?_GEN_HEAD(0),?0}},?700?0},
????{{{_GEN_HEAD(1),?_GEN_HEAD(1),?0}},?10,?0},
????{{{_GEN_HEAD(2),?_GEN_HEAD(2),?0}},?10,?0},
};

為方便討論，我們將這 3 個(gè)代分別稱為：初生代、中生代 以及 老生代。當(dāng)這 3 個(gè)代初始化完畢后，對(duì)應(yīng)的 gc_generation 數(shù)組大概是這樣的：

每個(gè) gc_generation 結(jié)構(gòu)體鏈表頭節(jié)點(diǎn)都指向自己，換句話說(shuō)每個(gè)可收集對(duì)象鏈表一開(kāi)始都是空的，計(jì)數(shù)器字段 count 都被初始化為 0，而閥值字段 threshold 則有各自的策略。這些策略如何理解呢?

• Python 調(diào)用 _PyObject_GC_Alloc 為需要跟蹤的對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，該函數(shù)將初生代 count 計(jì)數(shù)器加1，隨后對(duì)象將接入初生代對(duì)象鏈表，當(dāng) Python 調(diào)用 PyObject_GC_Del 釋放垃圾對(duì)象內(nèi)存時(shí)，該函數(shù)將初生代 count 計(jì)數(shù)器,1，_PyObject_GC_Alloc 自增 count 后如果超過(guò)閥值(700)，將調(diào)用 collect_generations 執(zhí)行一次垃圾回收( GC )。
• collect_generations 函數(shù)從老生代開(kāi)始，逐個(gè)遍歷每個(gè)生代，找出需要執(zhí)行回收操作(,count>threshold )的最老生代。隨后調(diào)用 collect_with_callback 函數(shù)開(kāi)始回收該生代，而該函數(shù)最終調(diào)用 collect 函數(shù)。
• collect 函數(shù)處理某個(gè)生代時(shí)，先將比它年輕的生代計(jì)數(shù)器 count 重置為 0，然后將它們的對(duì)象鏈表移除，與自己的拼接在一起后執(zhí)行 GC 算法，最后將下一個(gè)生代計(jì)數(shù)器加1。

于是：

• 系統(tǒng)每新增 701 個(gè)需要 GC 的對(duì)象，Python 就執(zhí)行一次 GC 操作
• 每次 GC 操作需要處理的生代可能是不同的，由 count 和 threshold 共同決定
• 某個(gè)生代需要執(zhí)行 GC ( count>hreshold )，在它前面的所有年輕生代也同時(shí)執(zhí)行 GC
• 對(duì)多個(gè)代執(zhí)行 GC，Python 將它們的對(duì)象鏈表拼接在一起，一次性處理
• GC 執(zhí)行完畢后，count 清零，而后一個(gè)生代 count 加 1

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：初生代觸發(fā) GC 操作，Python 執(zhí)行 collect_generations 函數(shù)。它找出了達(dá)到閥值的最老生代是中生代，因此調(diào)用 collection_with_callback(1)，1 是中生代在數(shù)組中的下標(biāo)。

collection_with_callback(1) 最終執(zhí)調(diào)用 collect(1) ，它先將后一個(gè)生代計(jì)數(shù)器加一;然后將本生代以及前面所有年輕生代計(jì)數(shù)器重置為零;最后調(diào)用 gc_list_merge 將這幾個(gè)可回收對(duì)象鏈表合并在一起：

最后，collect 函數(shù)執(zhí)行標(biāo)記清除算法，對(duì)合并后的鏈表進(jìn)行垃圾回收。

這就是分代回收機(jī)制的全部秘密，它看似復(fù)雜，但只需略加總結(jié)就可以得到幾條直白的策略：

• 每新增 701 個(gè)需要 GC 的對(duì)象，觸發(fā)一次新生代 GC
• 每執(zhí)行 11 次新生代 GC ，觸發(fā)一次中生代 GC
• 每執(zhí)行 11 次中生代 GC ，觸發(fā)一次老生代 GC (老生代 GC 還受其他策略影響，頻率更低)
• 執(zhí)行某個(gè)生代 GC 前，年輕生代對(duì)象鏈表也移入該代，一起 GC
• 一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建后，隨著時(shí)間推移將被逐步移入老生代，回收頻率逐漸降低

Python 中的 gc 模塊

gc 模塊是我們?cè)赑ython中進(jìn)行內(nèi)存管理的接口，一般情況Python程序員都不用關(guān)心自己程序的內(nèi)存管理問(wèn)題，但是有的時(shí)候，比如發(fā)現(xiàn)自己程序存在內(nèi)存泄露，就可能需要用到gc模塊的接口來(lái)排查問(wèn)題。

有的 Python 系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉自動(dòng)垃圾回收，程序自己判斷回收的時(shí)機(jī)，據(jù)說(shuō) instagram 的系統(tǒng)就是這樣做的，整體運(yùn)行效率提高了10%。

常用函數(shù)：

• set_debug(flags) ：設(shè)置gc的debug日志，一般設(shè)置為gc.DEBUG_LEAK可以看到內(nèi)存泄漏的對(duì)象。
• collect([generation]) ：執(zhí)行垃圾回收。會(huì)將那些有循環(huán)引用的對(duì)象給回收了。這個(gè)函數(shù)可以傳遞參數(shù)，0代表只回收第0代的的垃圾對(duì)象、1代表回收第0代和第1代的對(duì)象，2代表回收第0、1、2代的對(duì)象。如果不傳參數(shù)，那么會(huì)使用2作為默認(rèn)參數(shù)。
• get_threshold() ：獲取gc模塊執(zhí)行垃圾回收的閾值。返回的是個(gè)元組，第0個(gè)是零代的閾值，第1個(gè)是1代的閾值，第2個(gè)是2代的閾值。
• set_threshold(threshold0[, threshold1[, threshold2]) ：設(shè)置執(zhí)行垃圾回收的閾值。
• get_count() ：獲取當(dāng)前自動(dòng)執(zhí)行垃圾回收的計(jì)數(shù)器。返回一個(gè)元組。第0個(gè)是零代的垃圾對(duì)象的數(shù)量，第1個(gè)是零代鏈表遍歷的次數(shù)，第2個(gè)是1代鏈表遍歷的次數(shù)。

參考鏈接：

• 聊聊Python內(nèi)存管理 (https://andrewpqc.github.io/2018/10/08/python-memory-management/)
• gc — 垃圾回收器接口 (https://docs.python.org/zh-cn/3/library/gc.html)