Python垃圾回收机制详解：引用计数、标记-清除与分代收集

Python垃圾回收机制概述

什么是垃圾回收机制？

首先，我们来明确“垃圾回收”这一概念的字面含义，即对无用或废弃资源进行回收处理。

假设大家目前都没有伴侣，难以想象你们的居住空间会是什么状态：可能堆满杂物，杂乱无章且无人整理。然而，当拥有伴侣后，情况会有所不同，伴侣会协助整理房间，丢弃无用之物。

在Python中，垃圾回收机制扮演的正是这位“伴侣”的角色。想象一下，你有一位有轻度强迫症的伴侣，始终跟随在你身后打扫卫生；每当你放下脏盘子或产生垃圾，她便会立即帮你清理打扫。

因此，垃圾回收机制是一种自动管理内存、清理无用数据的工具。

垃圾回收机制的作用

垃圾回收机制有什么用？

在编写程序时，我们会定义大量变量名，这些变量名主要存储在内存中。如果持续不断地定义变量，内存占用率会随之上升。此时，垃圾回收机制会自动识别并回收那些不再使用的变量名及关联的垃圾数据。

识别垃圾对象，从垃圾对象那里回收内存

Python垃圾回收策略

怎么进行垃圾回收 在Python中，采用的是以引用计数机制为主，分代收集机制为辅的策略。

引用计数机制

1、引用计数

在Python中，大多数对象的生命周期通过引用计数来管理。从广义上讲，引用计数也是一种垃圾收集机制，且是最直观、最简单的垃圾收集技术。

引用计数的原理：

当一个对象的引用被创建或复制时，该对象的引用计数加1； 当一个对象的引用被销毁时，引用计数减1； 当对象的引用计数减少为0时，意味着该对象已无其他引用，可以释放其所占用的内存。 引用计数存在一个致命弱点，即循环引用（也称交叉应用）。

循环引用会导致一组对象的引用计数不为0，尽管这些对象实际上并未被任何外部对象引用，它们之间仅相互引用。 这意味着这组对象已无人使用，理应回收其占用的内存空间。但由于相互引用的存在， 每个对象的引用计数均不为0，导致这些对象占用的内存永远不会被释放。

优点：

简单、直观 实时性，只要没有了引用就释放资源。

缺点：

维护引用计数需要消耗一定的资源 循环应用时，无法回收。也正是因为这个原因，才需要通过标记-清理和分代收集机制来辅助引用计数机制。

标记-清除算法

2、标记-清除

“标记-清除”是为了解决循环引用的问题。可以包含其他对象引用的容器对象（比如：list，set，dict，class，instance）都可能产生循环引用。

标记-清除原理：

“标记-清除”不改动真实的引用计数，而是将 集合中对象的引用计数复制一份副本，改动该对象引用的副本。对于副 本做任何的改动，都不会影响到对象生命走起的维护。

分代回收机制

3、分代回收

分代回收原理：

将系统中的所有内存块根据其存活时间划分为不同的集合， 每一个集合就成为一个“代”，垃圾收集的频率随着“代”的存活时间的增大而减小。 也就是说，活得越长的对象，就越不可能是垃圾，就应该减少对它的垃圾收集频率。 那么如何来衡量这个存活时间：通常是利用几次垃圾收集动作来衡量， 如果一个对象经过的垃圾收集次数越多，可以得出：该对象存活时间就越长。

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