Python垃圾回收機制

　　引用計數器為主

　　標記清除和分代回收為輔

　　+ 快取機制

　　1. 引用計數器

　　1.1 環狀雙向連結串列 refchain

　　在python程式中建立的任何物件都會放在refchain連結串列中。

　　#define PyObject_HEAD PyObject ob_base;

　　#define PyObject_VAR_HEAD PyVarObject ob_base;

　　// 宏定義，包含 上一個、下一個，用於構造雙向連結串列用。(放到refchain連結串列中時要用到)

　　#define _PyObject_HEAD_EXTRA \

　　struct _object *_ob_next; \

　　struct _object *_ob_prev;

　　name = "阿瑋"

　　age = 18

　　hobby = ["健身", "美女"]

　　內部會建立一些資料 [ 上一個物件、下一個物件、型別、引用個數 ]

　　name = "阿瑋"

　　new = name # 引用個數變成2

　　內部會建立一些資料 [ 上一個物件、下一個物件、型別、引用個數、val=18 ]

　　age = 18

　　內部會建立一些資料 [ 上一個物件、下一個物件、型別、引用個數、items=元素、元素個數 ]

　　hobby = ["健身", "美女"]

　　#define PyObject_HEAD PyObject ob_base;

　　#define PyObject_VAR_HEAD PyVarObject ob_base;

　　// 宏定義，包含 上一個、下一個，用於構造雙向連結串列用。(放到refchain連結串列中時要用到)

　　#define _PyObject_HEAD_EXTRA \

　　struct _object *_ob_next; \

　　struct _object *_ob_prev;

　　typedef struct _object {

　　_PyObject_HEAD_EXTRA; // 用於構造雙向連結串列

　　Py_ssize_t ob_refcnt; // 引用計數器

　　struct _typeobject *ob_type; // 資料型別

　　} PyObject;

　　typedef struct {

　　PyObject ob_base; // PyObject物件

　　Py_ssize_t ob_size; // Number of items in variable part，即：元素個數

　　} PyVarObject;

　　在C原始碼中如何體現每個物件中都有的相同的值：PyObject結構體(4個值)。

　　有多個元素組成的物件：PyObject結構體(4個值)+ ob_size = PyVarObject。

　　1.2 型別封裝結構體

　　float型別

　　typedef struct {

　　PyObject_HEAD;

　　double ob_fval;

　　};

　　data = 3.14;

　　內部會建立：

　　_ob_next = refchain中的下一個物件

　　_ob_prev = refchain中的上一個物件

　　ob_refcnt = 1

　　ob_type = float

　　ob_fval = 3.14

　　int型別

　　struct _longobect {

　　PyObject_VAR_HEAD;

　　digit ob_dit[1];

　　};

　　/* Long (arbitrary precision) integer object interface */

　　typedef struct _longobject PyLongObject; /* Revealed in longintrepr.h */

　　list型別

　　typedef struct {

　　PyObject_VAR_HEAD;

　　PyObject ** ob_item;

　　Py_ssize_t allocated;

　　} PyListObject;

　　tuple型別

　　typedef struct {

　　PyObject_VAR_HEAD;

　　PyObject *ob_item[1];

　　} PyTupleObject;

　　dict型別

　　typedef struct {

　　PyObject_HEAD;

　　Py_ssize_t ma_used;

　　PyDictKeyObject *ma_keys;

　　PyObject **ma_values;

　　} PyDictObject;

　　1.3 引用計數器

　　v1 = 3.14

　　v2 = 999

　　v3 = (1,2,3)

　　當python程式執行時，會根據資料型別的不同找到其結構體，根據結構體中的欄位來進行建立相關的資料，然後將物件新增到refchain雙向連結串列中。

　　在C原始碼中有兩個關鍵的結構體：PyObject、PyVarObject。

　　每個物件中有 ob_refcnt 就是引用計數器，值預設為1，當有其他變數引用這個物件時，引用計數器就會發生變化。

　　引用

　　a = 99999

　　b = a

　　# 此時 99999 這個物件引用計數器的值為2

　　'''

　　下面情況會導致引用計數器+1：

　　1.物件被建立，如 a = 2

　　2.物件被引用，如 b = a

　　3.物件被作為引數，傳入到一個函式中

　　4.物件作為一個元素，儲存在容器中

　　可以透過sys包中的getrefcount()來獲取一個名稱所引用的物件當前的引用計數器的值(注意這裡getrefcount()本身會使得引用計數器+1)

　　'''

　　刪除引用

　　a = 99999

　　b = a

　　# b變數刪除，b對應物件的引用計數器-1

　　def b

　　# a變數刪除，a對應物件的引用計數器-1

　　'''

　　下面情況會導致引用計數器-1：

　　1.變數被顯示銷燬 del

　　2.變數被賦予新的物件

　　3.一個物件離開它的作用域

　　4.物件所在的容器被銷燬或從容器中刪除物件

　　'''

　　# 當一個物件的引用計數器為0時，意味著沒有人再使用這個物件了，這個物件就是垃圾，垃圾回收。

　　# 回收：1.物件從rechain連結串列移出。2.將物件銷燬，記憶體歸還。

　　1.4 迴圈引用問題

　　由於 v1 指向的物件引用了 v2，v2 指向的物件也引用了 v1，當將 v1、v2 兩個變數刪除時，雖然引用計數器會減1，但是兩個物件間還存在迴圈引用，而此時已經沒有變數能去指向它們，這兩個物件就會在記憶體中常駐無法處理。

　　2. 標記清除

　　目的：為了解決引用計數器迴圈引用的問題。

　　實現：在python的底層再維護一個連結串列，連結串列中專門放哪些可能存在迴圈應用的物件(容器類物件：list、tuple、dict、set)。

　　在Python內部某種情況下觸發，會去掃描可能存在迴圈引用的連結串列中的每個元素，檢查是否有迴圈引用，如果有則讓雙方的引用計數器-1;如果是0則垃圾回收。

　　2.1 標記階段

　　遍歷所有物件，如果是可達的(reachable)，也就是還有物件引用它，那麼就將該物件標記為可達

　　該階段從某個物件開始掃描(而不是從變數)，如果變數A引用了變數B，則將變數B的引用計數器-1(指的是gc_ref)，然後掃描變數B 鄭州人流手術醫院

　　如圖所示，link1、link2、link3形成了一個引用環，link4自引用。從link1開始掃描，link1引用了link2，則link2的gc_ref-1，接著掃描link2…

　　像這也將連結串列中所有物件考察一遍後，兩個連結串列中的物件ref_count和gc_ref圖如所示，這一步操作就相當於解除了迴圈引用對引用計數器的影響

　　如果gc_ref為0，則將物件標記為 GC_TENTATIVELY_UNREACHABLE，並且被移至”Unreachable“連結串列中，如下圖link3、link4(我覺得link2應該也是)

　　如果gc_ref不為0，那麼這個物件會被標記為可達的GC_REACHABLE，同時當gc發現有一個節點是可達的，那麼它會遞迴式的從該節點觸發將所有可達的節點標記為GC_REACHABLE，這樣把link2、link3救回來

　　2.2 清除階段

　　將被標記成 GC_UNREACHABLE 的物件銷燬，記憶體歸還(也就是Unreachable連結串列中的物件)

　　2.3 標記清除的問題

　　在標記清除演算法開始後，會暫停整個應用程式，等待標記清除結束後才會恢復應用的執行，且對迴圈引用的掃描代價大，每次掃描耗時可能很久

　　3. 分代回收

　　將可能存在迴圈引用的物件維護成3個連結串列：

　　0代：0代中物件個數達到700個掃描一次

　　1代：0代掃描10次，則1代掃描一次

　　2代：1代掃描10次，則2代掃描一次

　　4. 小結

　　在python中維護了一個refchain的雙向環狀連結串列，這個連結串列中儲存程式建立的所有物件，每種型別的物件都有一個ob_refcnt引用計數器的值，當引用計數器變為0時會進行垃圾回收(物件銷燬、refchain中移出)。

　　但是，在python中對於那些可以有多個元素組成的物件可能會存在迴圈引用的問題，為了解決這個問題，python又引入了標記清除和分代回收，在其內部維護了4個連結串列，分別為：

　　refchain

　　2代

　　1代

　　0代

　　在原始碼內部，當達到各自的閾值時，就會觸發掃描連結串列進行標記清除的動作(有迴圈引用則各自-1)。

　　But，原始碼內部在上述流程中提出了最佳化機制。

　　5. Python快取機制

　　5.1 程式碼塊&小資料池

　　Python 程式碼塊、快取機制

　　5.2 free_list

　　快取機制

　　一文搞定Python垃圾回收機制

　　垃圾回收機制剖析