Python記憶體管理機制

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說到記憶體管理，就先說一下記憶體回收吧。記憶體回收是Python，Java等語言管理記憶體的一種方式，說的直白些，就是清除無用的垃圾對象。C語言及C++中，需要通過malloc來進行記憶體的申請，通過free而進行記憶體的釋放。而Python和Java中有自動的記憶體管理機制，不需要動態釋放記憶體，這種機制就是記憶體回收。

 

Python中通過引用計數法來進行記憶體的管理的。對每一個對象，都維護這一個對指向該對對象的引用的計數。比如：

 

a = "ABC"
b = a

 

首先建立了一個字串對象"ABC"，然後將字串對象的引用賦值為a。因而，字串對象"ABC"的引用計數會加1。當執行b=a的時候，僅僅是建立了指向"ABC"這個字串對象的引用的別名，而沒有建立對象。這樣，字串對象"ABC"的引用計數會加1。如何驗證呢？我們可以查看a和b的id是否一致即可：

 

a = "ABC"
b = a
id(a) 36422672
id(b) 36422672

 

引用計數的數目可以通過sys.getrefcount()函數來進行擷取。為啥建立a對象後引用計數是2而不是1呢？這是因為一個是全域域裡的，一個是調用函數的。當執行完b=a後，引用計數加1。

 

import sys
a = "ABC"
sys.getrefcount(a) 2
b = a
sys.getrefcount(a) 3

 

那什麼時候引用計數增加，什麼時候引用計數減少呢？小編總結了一下：

 

引用計數增加主要有以下情境：

1、對象被建立時：a = "ABC"；

2、另外的別人被建立時：b = a；

3、被作為參數傳遞給函數時：foo(a)；

4、作為容器物件（list，元組，字典等）的一個元素時：x = [1,a,‘33‘]。

引用計數減少主要有以下情境：

1、一個本地引用離開了它的範圍時，比如上面的foo(a)函數結束時，a指向的對象引用減1；

2、對象的引用被顯式的銷毀時：del a 或者 del b；

3、對象的引用被賦值給其他對象時：a = 789；

4、對象從一個容器物件（例如list）中移除時：L.remove(a)；

5、容器物件本身被銷毀：del L，或者容器物件本身離開了範圍。

 

所謂記憶體回收，就是回收引用計數為0的對象，釋放其佔用的記憶體空間。記憶體回收機制還有一個迴圈記憶體回收行程, 確保釋放循環參考對象(a引用b, b引用a, 導致其引用計數永遠不為0)。

 

Python的記憶體管理是階層的，各層負責不同的功能，如所示：-1，-2層主要有作業系統進行操作，屬於核心態；第0層是C中的malloc，free等記憶體配置和釋放函數進行操作；第1層和第2層是記憶體池，有Python的介面函數PyMem_Malloc函數實現，當對象小於256K時由該層直接分配記憶體；第3層是最上層，也就是我們對Python對象的直接操作。感興趣的同學可以閱讀以下《Python源碼剖析》，相信你的收穫肯定是大大滴。

 

 

在 C 中如果頻繁的調用 malloc 與 free 時會產生效能問題的，再加上頻繁的分配與釋放小塊的記憶體會產生記憶體片段。Python 在這裡主要乾的工作有：如果請求分配的記憶體在1~256位元組之間就使用自己的記憶體管理系統，否則直接使用 malloc。這裡還是會調用 malloc 分配記憶體,但每次會分配一塊大小為256k的大塊記憶體。經由記憶體池登記的記憶體到最後還是會回收到記憶體池,，並不會調用 C 的 free 釋放掉，以便下次使用。

 

Python中的變數在記憶體中的分配主要有兩種，一種是簡單拷貝，比如上一篇講述的list，改變一個就會引起另一個的改變，這是因為它們的引用相同，指向了同一個對象：

 

L= [3,4,5]
LL = L
id(L)  34432584
id(LL) 34432584
L.append(6)
id(L)  34432584
id(LL) 34432584

 

另外一種是深度拷貝，如數值、字串、元組（tuple不允許被更改)等，也就是說當將變數a賦值給變數b時，雖然a和b的記憶體空間仍然相同，但當a的值發生變化時，會重新給a分配空間，a和b的地址變得不再相同。

 

a = ‘ABC‘
b = a
id(a) 36042680
id(b) 36042680
a = ‘XYZ‘
id(a) 36043424
id(b) 36042680

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