Как работает очистка памяти в Python?

1️⃣ Как кратко ответить

В Python очистка памяти осуществляется с помощью автоматического управления памятью, которое включает подсчет ссылок и сборщик мусора. Подсчет ссылок отслеживает количество ссылок на объект, и когда счетчик достигает нуля, память освобождается. Сборщик мусора устраняет циклические ссылки, которые не могут быть удалены подсчетом ссылок.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Python использует автоматическое управление памятью, чтобы облегчить разработчикам задачу управления памятью. Это достигается с помощью двух основных механизмов: подсчета ссылок и сборщика мусора.

Подсчет ссылок

Каждый объект в Python имеет счетчик ссылок, который отслеживает, сколько раз объект используется в программе. Когда создается новая ссылка на объект, счетчик увеличивается. Когда ссылка удаляется или объект выходит из области видимости, счетчик уменьшается. Если счетчик ссылок объекта достигает нуля, это означает, что объект больше не используется, и его память может быть освобождена.

Пример:

a = []  # Создаем новый список, счетчик ссылок равен 1
b = a   # Создаем вторую ссылку на тот же список, счетчик ссылок равен 2
del a   # Удаляем первую ссылку, счетчик ссылок уменьшается до 1
del b   # Удаляем вторую ссылку, счетчик ссылок уменьшается до 0, память освобождается

Сборщик мусора

Подсчет ссылок не может справиться с циклическими ссылками, когда два или более объектов ссылаются друг на друга, но больше не используются в программе. Для решения этой проблемы Python использует сборщик мусора, который периодически проверяет объекты на наличие циклических ссылок и освобождает память, если такие циклы обнаружены.

Пример циклической ссылки:

class Node:
    def __init__(self):
        self.reference = None
​
node1 = Node()
node2 = Node()
​
node1.reference = node2
node2.reference = node1
​
# Оба объекта ссылаются друг на друга, создавая цикл
# Подсчет ссылок не может освободить память, так как счетчики не равны нулю

Сборщик мусора в Python работает в три этапа:

1. Маркировка: сборщик мусора идентифицирует все объекты, которые могут быть достигнуты из корневых объектов (например, глобальные переменные, локальные переменные в стеке вызовов).

2. Удаление: объекты, которые не могут быть достигнуты, помечаются как мусор и удаляются.

3. Компактирование: освобожденная память может быть перераспределена для новых объектов.

Зачем это нужно

Автоматическое управление памятью упрощает разработку, позволяя программистам сосредоточиться на логике приложения, а не на управлении памятью. Это снижает вероятность ошибок, связанных с утечками памяти и неправильным освобождением памяти, что особенно важно в больших и сложных приложениях.