Python 的内存管理机制

本文介绍了Python内存管理的三个核心机制:引用计数机制、垃圾回收机制及内存池机制。通过理解这些机制,开发者能更好地掌握Python如何管理和释放内存资源。
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从三个方面来说;

一、对象的引用计数机制; 二、垃圾回收机制; 三、内存池机制


一、对象的引用计数机制

Python内部使用引用计数,来保持追踪内存中的对象,所有对象都有引用计数。

引用计数增加的情况:

1,一个对象分配一个新名称

2,将其放入一个容器中(如列表、元组或字典)

引用计数减少的情况:

1,使用del语句对对象别名显示的销毁

2,引用超出作用域或被重新赋值

sys.getrefcount( )函数可以获得对象的当前引用计数

多数情况下,引用计数比你猜测得要大得多。对于不可变数据(如数字和字符串),解释器会在程序的不同部分共享内存,以便节约内存。


二、垃圾回收

1,当一个对象的引用计数归零时,它将被垃圾收集机制处理掉。

2,当两个对象a和b相互引用时,del语句可以减少a和b的引用计数,并销毁用于引用底层对象的名称。然而由于每个对象都包含一个对其他对象的应用,因此引用计数不会归零,对象也不会销毁。(从而导致内存泄露)。为解决这一问题,解释器会定期执行一个循环检测器,搜索不可访问对象的循环并删除它们。


三、内存池机制

Python提供了对内存的垃圾收集机制,但是它将不用的内存放到内存池而不是返回给操作系统。

1,Pymalloc机制。为了加速Python的执行效率,Python引入了一个内存池机制,用于管理对小块内存的申请和释放。

2,Python中所有小于256个字节的对象都使用pymalloc实现的分配器,而大的对象则使用系统的malloc。

3,对于Python对象,如整数,浮点数和List,都有其独立的私有内存池,对象间不共享他们的内存池。也就是说如果你分配又释放了大量的整数,用于缓存这些整数的内存就不能再分配给浮点数。




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### Python 内存管理机制原理 Python内存管理主要依赖于 **引用计数** 和 **垃圾回收器** 来实现自动化资源管理。以下是对其核心组件及其工作方式的深入解析: #### 1. 引用计数 (Reference Counting) Python 使用引用计数来跟踪每个对象被引用的次数。每当一个对象被创建或者赋值给一个新的变量时,该对象的引用计数会增加;当某个引用失效(如变量重新赋值或超出作用域)时,引用计数减少。如果某对象的引用计数降为零,则表示没有任何引用指向它,此时可以安全地销毁该对象并释放其所占用的内存。 这种机制的优点在于简单高效,能够及时释放不再使用的对象所占有的内存空间[^1]。然而,单纯依靠引用计数存在一个问题——无法处理循环引用的情况。因此,Python 还引入了更复杂的垃圾回收算法来解决这个问题。 #### 2. 垃圾回收器 (Garbage Collector, GC) 为了应对由循环引用引起的问题,Python 实现了一个基于 **标记-清除 (Mark-and-Sweep)** 和 **分代收集 (Generational Collection)** 的垃圾回收系统。 ##### 标记-清除 此方法分为两个阶段: - 首先,“标记”所有可能存活的对象; - 接着,“清除”那些未被标记的对象,即认为这些对象已经死亡且可回收。 这种方法能有效检测到因循环引用而导致的标准引用计数法无法识别的废弃对象集合[^2]。 ##### 分代收集 Python 将对象按照它们的存在时间划分为不同的世代(Generation)。新创建的对象属于第0代,经过一次GC扫描后仍存在的对象会被移动至更高一代(依次升级到第1代、第2代),直到达到最高级别为止。通常情况下,较年轻的对象更容易成为垃圾,所以针对低龄代执行频繁但轻量级的清理操作即可满足需求,而对于高龄代则采取较少频率却更加彻底的方式进行检查和整理[^3]。 #### 3. 内存池机制 (Memory Pool Mechanism) 除了上述两种技术外,CPython 解释器还采用了一种称为“内存池”的优化手段用于小型固定大小数据类型的快速分配与释放。具体来说,就是预先划分好一定数量的小块连续存储区域供后续重复利用,从而避免每次都需要向操作系统请求新的堆地址所带来的开销。这尤其适用于像整型这样的短生命周期数值实例上。 ```python import sys class MyClass: pass obj = MyClass() print(sys.getrefcount(obj)) # 输出当前 obj 对象的引用计数 del obj # 删除引用,降低引用计数直至触发销毁条件 ``` 以上代码展示了如何查看单个自定义类实例在其生命期内的变化情况以及最终消失的过程。 ---
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