詳解Python垃圾回收機制

引用計數

Python預設的垃圾收集機制是“引用計數”，每個物件維護了一個ob_ref欄位。它的優點是機制簡單，當新的引用指向該物件時，引用計數加1，當一個物件的引用被銷毀時減1，一旦物件的引用計數為0，該物件立即被回收，所佔用的內存將被釋放。它的缺點是需要額外的空間維護引用計數，不過最主要的問題是它不能解決「循環引用」。


什麼是循環引用？ A和B互相引用而再沒有外在引用A與B中的任何一個，它們的引用計數雖然都為1，但顯然應該被回收，例子：
  a = { } # a 的引用為1
  b = { } # b 的引用為1
  a['b'] = b # b 的引用增加1，b的引用為2
  b['a'] = a # a 的引用增加1，a的引用為2
del a # a 的引用減1，a的引用為1
  del b # b 的引用減1, b的引用為1

在這個例子中,del語句減少了a 和b 的引用計數並刪除了用於引用的變數名，可是由於兩個物件各包含一個對方物件的引用，雖然最後兩個物件都無法透過名字存取了，但引用計數並沒有減少到零。因此這個物件不會被銷毀，它會一直駐留在記憶體中，這就造成了記憶體洩漏。為了解決循環引用問題，Python引入了標記-清除和分代回收兩種GC機制。
標記清除

標記－清除（Mark－Sweep）是一種基於追蹤（Tracing）回收技術實現的垃圾回收演算法，物件之間透過引用（指針）連在一起，構成一個有向圖，對象構成這個有向圖的節點，而引用關係構成這個有向圖的邊。從根對象（root object）出發，沿著有向邊遍歷對象，可達的對象標記為有用的對象，不可達的對象就是要被清除的對象。所謂根物件就是一些全域引用物件和函數堆疊中的引用，這些引用所引用的物件是不可被刪除的。


標記清除演算法作為Python的輔助垃圾收集技術主要處理的是一些容器對象，例如list、dict、tuple，instance等，因為對於字串、數值對像是不可能造成循環引用問題。 Python使用雙向鍊錶將這些容器物件組織起來。
分代回收

分代回收是一種以空間換時間的操作方式，Python將內存根據對象的存活時間劃分為不同的集合，每個集合稱為一個代，Python將內存分為了3“代”，分別為年輕代（第0代）、中年代（第1代）、老年代（第2代），他們對應的是3個鍊錶，它們的垃圾收集頻率與對象的存活時間的增大而減小。新建立的物件都會被分配在年輕代，年輕代鍊錶的總數達到上限時，Python垃圾收集機制就會被觸發，把那些可以被回收的物件回收掉，而那些不會回收的物件就會被移到中年代去，依此類推，老年代中的對像是存活時間最久的對象，甚至是存活於整個系統的生命週期內。同時，分代回收是建立在標記清除技術基礎上。


分代回收同樣作為Python的輔助垃圾收集技術處理那些容器物件