Python垃圾回收机制详解

引用计数

Python默认的垃圾回收机制是“引用计数”，每个对象维护一个ob_ref字段。它的优点是机制简单。当有新的引用指向对象时，引用计数加1，当对象的引用被销毁时，引用计数减1。一旦对象的引用计数为0，对象立即被回收，并且占用的内存将被释放。它的缺点是需要额外的空间来维护引用计数，但主要问题是无法解决“循环引用”。

什么是循环引用？ A 和 B 互相引用，A 和 B 都没有外部引用。虽然它们的引用计数都是 1，但显然应该被回收。例子：

  a = { } # a 的引用为 1
  b = { } # b 的引用为 1
  a['b'] = b # b 的引用增 1，b的引用为2
  b['a'] = a # a 的引用增 1，a的引用为 2
  del a # a 的引用减 1，a的引用为 1
  del b # b 的引用减 1, b的引用为 1

在这个例子中，del语句减少了a和b的引用计数，并删除了用于引用的变量名，但是由于这两个对象各自包含了对另一个对象的引用，所以虽然最后两个对象不能通过名称访问，但是引用计数没有减少到零。所以这个对象不会被销毁，它会一直驻留在内存中，从而造成内存泄漏。为了解决循环引用问题，Python引入了两种GC机制：mark-sweep和generational collection。

标记清除

Mark——Sweep是一种基于追踪（Tracing）回收技术的垃圾收集算法。对象通过引用（指针）链接在一起形成一个有向图，而对象又形成了这个有向图。的节点和引用关系构成了这个有向图的边。从根对象（root object）开始，沿着有向边遍历对象，可达的对象标记为有用的对象，不可达的对象为要清除的对象。所谓根对象就是在一些全局引用对象和函数栈中的引用，这些引用所引用的对象是不能删除的。

作为Python的辅助垃圾回收技术，mark-and-sweep算法主要处理一些容器对象，比如list、dict、tuple、instance等，因为不可能对string和numeric对象造成循环引用问题。 Python 使用双向链表来组织这些容器对象。

分代回收

分代回收是一种以空间换取时间的操作方式。 Python根据对象的存活时间将内存划分为不同的集合。每个集合称为一代。 Python将内存分为3个“代”，分别为年轻代。 (Generation 0)、Middle Age(Generation 1)、Old Age(Generation 2)，它们分别对应三个链表，它们的垃圾回收频率随着对象存活时间的增加而降低。新创建的对象会分配到新生代。当年轻代链表总数达到上限时，会触发Python垃圾回收机制，回收那些可以回收的对象，那些不会回收的对象会被移到Go到中年，并且以此类推，老年代的对象是存活时间最长的对象，即使在整个系统的生命周期中也是如此。同时，分代回收基于标记清除技术。

分代收集也将这些容器对象作为 Python 的辅助垃圾收集技术来处理。