垃圾回收（GC） ​

Python中的垃圾回收(GC)是以引用计数为主，分代回收为辅。两种GC方式与C#类似，不同的是，Python的引用计数GC适时进行，C#则按策略不定时执行。

GC的工作除了垃圾回收，还负责对新对象分配内存。

1. 引用计数 ​

Python里每一个东西都是对象，它们的核心就是一个结构体PyObject(CPython)。

typedef struct_object {
    int ob_refcnt;
    struct_typeobject *ob_type;
} PyObject;

其中ob_refcnt就是作引用计数。当对象有新的引用时，它的ob_refcnt就会增加，当引用它的对象被删除，它的ob_refcnt就会减少。当引用计数为0时，该对象就会被GC。

sys模块的sys.getrefcount(obj)可以获取对象的引用计数，由于该函数执行时会内部会定义变量接收对象，统计完即释放，所以测量引用数=实际引用数+1。

import sys

a = [1, 2, 3]
b = a
print(sys.getrefcount(a))  # 3

以下行为引用计数+1：

• 对象被创建，例如a=23
• 对象被引用，例如b=a
• 对象被作为参数，传入到一个函数中，例如func(a)
• 对象作为一个元素，存储在容器中，例如list1=[a,a]

以下行为引用计数-1:

• 对象的别名被显式销毁，例如del a
• 对象的别名被赋予新的对象，例如a=24
• 一个对象离开它的作用域，例如f函数执行完毕时，func函数中的局部变量（全局变量不会）
• 对象所在的容器被销毁，或从容器中删除对象

优点 ​

• 机制简单高效。
• 实时性强。一旦没有引用，内存立即释放了。

缺点 ​

• 维护引用计数消耗资源。
• 无法解决循环引用问题。

# 循环引用示例
list1, list2 = [], []
list1.append(list2)
list2.append(list1)
del list1, list2

• list1=[]会首先申请一块内存假设地址为addr1,然后将list1指向addr1。同理假定list2指向addr2。

• list1.append(list2)会在list1内创建创建一个对象假定地址为addr3并指向list2地址即addr2。同理假定list2内创建对象地址addr4指向addr1。此时addr1和addr2同时都有两个引用。

• del list1会删除list1对addr1的引用，同理list2对addr2的引用也会被删除。此时addr1与add2的引用计数都为1，所占用的内存永远无法被回收,随着出现此问题的变量累积最终将会导致内存泄露。

2. 分代回收 ​

为了解决循环引用的问题，Python中辅助使用分代回收(Generational GC)机制，其与C#中GC的分代回收类似。

Python使用一种链表来持续追踪活跃的对象,Python的内部C代码将其称为零代(Generation Zero)。每次创建一个对象时Python会将其加入零代链表。

图中蓝色的箭头表示对象正在被零代链表之外的变量所引用。可以看到ABC和DEF节点包含的引用数为1且没有零代链之外的对象引用，说明它们在零代链表中现存对象中存在引用。

随后，Python会循环遍历零代链表上的每个对象，检查链表中每个互相引用的对象。在这个过程中，Python会一个接一个的统计内部引用的数量以防过早地释放对象。

根据规则Python会尝试把循环引用的变量引用数减1，在下图中国可以看到ABC和DEF的引用计数已经变归零。这意味着收集器可以释放它们并回收内存空间了。剩下的活跃的对象则被移动到一个新的链表，一代链表。

零代链表的GC过程同样发生在一代链表中，经过一代链表GC后，剩下活跃的对象会被移动二代链表。代码长期使用的对象和持续访问的活跃对象，会从零代链表转移到一代再转移到二代。通过不同的阈值设置，Python可以在不同的时间间隔处理这些对象。Python处理零代最为频繁，其次是一代然后才是二代。回收高higher generation时也会清理lower generation,如回收二代时会回收一代和零代。

3. gc 模块 ​

如果gc.get_count()返回(262, 3, 19)。其中262是指距离上次零代垃圾检查，Python分配内存的数目减去释放内存的数目。相当于上次GC后内存消耗。3是指距离上次一代垃圾检查，零代垃圾检查的次数，同理，19是指距离上一次二代垃圾检查，一代垃圾检查的次数。

gc模快有一个自动垃圾回收的阀值，即通过gc.get_threshold函数获取到的长度为3的元组，例如(700,10,10)每一次计数器的增加，gc模块就会检查增加后的计数是否达到阀值的数目，如果是，就会执行对应的代数的垃圾检查，然后重置计数器。例如，假设阀值是(700,10,10)：

当计数器从(699,3,0)增加到(700,3,0)，gc模块就会执行gc.collect(0),即检查零代对象的垃圾，并重置计数器为(0,4,0)
当计数器从(699,9,0)增加到(700,9,0)，gc模块就会执行gc.collect(1),即检查零、一代对象的垃圾，并重置计数器为(0,0,1)
当计数器从(699,9,9)增加到(700,9,9)，gc模块就会执行gc.collect(2),即检查零、一、二代对象的垃圾，并重置计数器为(0,0,0)

以下三种情况会触发GC：

• 调用gc.collect()
• 当gc模块的计数器达到阀值时
• 程序退出时

gc模块唯一处理不了的是循环引用的类都有__del__方法，所以项目中要尽量避免定义__del__方法。