python 内存管理

Python中的内存管理涉及包含所有Python对象和数据结构的私有堆。Python内存管理器在内部确保对此私有堆的管理。需要注意的是，Python堆的管理是由解释器本身执行的，并且用户无法控制它。从源码来看，分为以下几层：

python 内存管理架构

level +3：内置类型分配器
level +2：python对象分配器
level +1：python原生内存分配器
level 0：底层通用分配器
level -1：特定于os的虚拟内存管理器
level -2：物理内存管理器

由上可知，Python 中的对象管理主要位于 +1 ~ +3 层。对于大于512KB（可以设置更改）的对象，使用 +1层中的 Python 原生内存分配器（Python’s raw memory allocator）进行分配，其本质是调用 C 标准库中的 malloc/calloc/realloc/free等函数；对于小于等于 512KB 的对象，使用+2层的Python 对象分配器（Python’s object allocator）实施。对于一些内置类型，如 int/dict/list/string 等，会有单独的针对这些内置类型的分配器实现。比如管理 int 类型就使用一个简单的 free list，这些分配器都位于 +3层。

在Python中，为了解决内存泄露问题，采用了对象引用计数(reference count)，并基于引用计数实现自动垃圾回收。借助“标记-清除”机制消除循环引用带来的影响。引入“分代回收”机制减少“标记-清除”所带来的额外操作。

引用计数

# 计数增加  refcnt incr
#define Py_INCREF(op) (
_Py_INC_REFTOTAL _Py_REF_DEBUG_COMMA
((PyObject*)(op))->ob_refcnt++)

#计数减少   refcnt desc
#define _Py_DEC_REFTOTAL _Py_RefTotal--
#define _Py_REF_DEBUG_COMMA ,
#define Py_DECREF(op)do{if(_Py_DEC_REFTOTAL _Py_REF_DEBUG_COMMA
--((PyObject*)(op))->ob_refcnt!= 0)
_Py_CHECK_REFCNT(op)else
_Py_Dealloc((PyObject *)(op));          # refcnt变成0的时候, 会调用_Py_Dealloc}while(0)PyAPI_FUNC(void)_Py_Dealloc(PyObject *);#define _Py_REF_DEBUG_COMMA ,
#define _Py_Dealloc(op) (_Py_INC_TPFREES(op)_Py_COUNT_ALLOCS_COMMA
(*Py_TYPE(op)->tp_dealloc)((PyObject *)(op)))         # 调用各自类型的tp_dealloc
#endif /* !Py_TRACE_REFS */
# Python基本类型的tp_dealloc, 通常都会与各自的缓冲池机制相关,释放会优先放入缓冲池中(对应的分配会优先从缓冲池取).这个内存分配与回收同缓冲池机制相关
# 当无法放入缓冲池时, 会调用各自类型的tp_free

# 当计数变为0时，使用tp_free函数进行内存销毁的操作
PyTypeObject PyType_Type= {
PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type,0)
"type",                 /* tp_name */
...
PyObject_GC_Del,        /* tp_free */
};

内存回收
- 放入缓冲池：缓存部分反复创建和销除的对象，而非在它们释放后直接从内存删除它们，从而加速下次该对象的创建。
- 真正销毁，使用PyObject_Del/PyObject_GC_Del对内存进行操作
  - PyObject_Del 不运行析构函数只释放内存。同PyObject_Free
  - PyObject_GC_Del

void
PyObject_GC_Del(void*op)
{
PyGC_Head *g= AS_GC(op);
# 如果跟踪给定对象，则返回true
if(IS_TRACKED(op))                 # IS_TRACKED 涉及标记-清除机制
# 从跟踪链表中移除
gc_list_remove(g);
if(generations[0].count> 0){       # generations 涉及分代回收机制
generations[0].count--;
}
PyObject_FREE(g);                  # PyObject_FREE 涉及python底层内存池机制
}

标记-清除
分代回收
- 将系统中的所有内存块根据其存活时间划分为不同的集合, 每个集合就称为一个”代”。
- 一个代就是一个链表, 所有属于同一”代”的内存块都链接在同一个链表中。
- Python中总共有三个”代”，每个代的threshold值表示该代最多容纳对象的个数。默认情况下，当0代超过700,或1，2代超过10，垃圾回收机制将触发。0代触发将清理所有三代，1代触发会清理1,2代，2代触发后只会清理自己。
- 垃圾收集的频率随着”代”的存活时间的增大而减小(存活时间越长的对象, 就越不可能是垃圾, 就会减少其收集的频率)