01 垃圾回收机制

一、什么是垃圾回收机制？

• 垃圾回收机制检测GC，是python解释器自带的一种机制，专门用来回收不可用得变量值所占用得内存空间。

二、为什么要有垃圾回收机制？

• 程序得运行过程中会申请大量的内存空间，而对于一些无用的内存空间如果不及时清理的话，会导致内存使用殆尽（也就是内存溢出），从而导致程序奔溃。因为管理内存是一件复杂且繁琐的事情，而python解释器自带的垃圾回收机制把程序员从复杂的内存管理中解放出来。

三、垃圾回收机制原理分析

1、什么是引用计数？

• 运用了“引用计数”（reference counting）来跟踪和回收垃圾。
• 引用计数就是变量值被变量名关联的次数。

1.1 直接引用

• 通过变量名直接引用

x = 10  # 值10直接引用：1次
y = x   # 值10直接引用：2次
z = y   # 值10直接引用：3次
print(id(x))    # 140715024107456
print(id(y))    # 140715024107456
print(id(z))    # 140715024107456

1.2 间接引用

• 主要争对容器类型

c = 10
li = ['a', 'b', c]  # 列表相当于['a', 'b', 10]，值10被间接引用：1次
print(id(c))         # 140715024107456
print(id(li[-1]))   # 140715024107456, 值10被间接引用：2次


dic = {'key': c}        # 值10被间接引用：3次
print(id(dic['key']))   # 140715024107456, 值10被间接引用：4次

1.3 由引用关系刨析列表取值的底层原理过程

• 我们知道列表是由所以取值，且列表能存多个任意类型的值，当我们通过列表取值时对应的正真的就是屏幕上我们所看到的值吗？我们来看图分析：

• 更具上图分析，列表的取值操作，我们是由索引对应值的内存地址，再通过这个内存地址找到对应值所在内存中的正真位置，列表当中相当于存放了内存地址的目录，通过这个目录我们访问到正真值所在的位置。

1.4 总结

• 只要是访问到你那个值得方式，就相当于增加一次引用。
• 只要是直接通过变量名访问值得方式，都是直接引用。
• 间接引用一般是通过容器类型来进行对值得访问，例如:列表，字典类型等
• 列表中的值并不是正真的值，而是通过内存地址映射到值得位置。

2、引用计数扩展阅读

2.1 标记清除

• 通过“标记-清除”（mark and sweep）解决容器对象可能产生的循环引用（也交交叉引用）的问题。
• 循环引用时，值不再被任何名字关联，但是值的引用计数并不会为0，因该被回收，但不能被回收，这个时候就需要python的标记清除功能，清除没有被直接引用的值。
• 标记清除程序并不是时时检测的，只有内存快满了，python程序才会启动标记清除程序，扫描栈区，如果谁身上没有直接引用的标识，它将根据对应内存地址去清除堆区的正真值占用的内存。
• 栈区：存放变量名对应值得内存地址
• 堆区：存放对应内存地址得值

• 详细内容地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/108683483

li1 = [10]
li2 = [20]
li1.append(li2)  # li1 = [值10对应得内存地址, 列表2对应得内存地址]，此时列表li1得引用计数为2
li2.append(li1)  # li2 = [值20对应得内存地址，列表1对应额内存地址]，此时列表li2得引用计数为2

del li1
del li2
# 通过del解除变量名li1与值[10]得绑定关系，变量名li2与值[20]的绑定关系，虽然解绑了直接引用，此时li1与li2得间接引用关系没有断，任然互相关联着，也就是说li1与li2值当前引用计数为1，但是它们并不能被访问到了，这就导致了它们一直占用了这块内存空间，这对于计算机来说是致命得。

# 总结：循环引用时，值不再被任何名字关联，但是值的引用计数并不会为0，因该被回收，但不能被回收。

总结

• 标记清除是用来解决循环引用带来得内存泄漏问题。

2.2 分代回收

• 通过“分代回收”（generation collection）以空间换取时间的方式来进一步提高垃圾回收的效率。
• 详细内容地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/108683483

总结

• 用来降低引用计数的扫描频率，提升垃圾回收的效率。