Как работает сборщик мусора?

1️⃣ Как кратко ответить

Сборщик мусора в Python автоматически управляет памятью, освобождая неиспользуемые объекты. Он использует подсчет ссылок и алгоритмы обнаружения циклических ссылок для выявления объектов, которые больше не нужны, и освобождения занимаемой ими памяти.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Сборщик мусора (Garbage Collector, GC) — это механизм, который автоматически управляет памятью в языках программирования, таких как Python. Его основная задача — освобождать память, занимаемую объектами, которые больше не используются в программе, чтобы предотвратить утечки памяти и оптимизировать использование ресурсов.

Зачем нужен сборщик мусора

В языках программирования, где управление памятью возложено на программиста, ошибки в коде могут привести к утечкам памяти, когда память выделяется, но не освобождается. Это может вызвать замедление работы программы или даже её крах. Сборщик мусора автоматизирует этот процесс, снижая вероятность ошибок, связанных с управлением памятью.

Как работает сборщик мусора в Python

Python использует два основных метода для управления памятью: подсчет ссылок и сборка циклических ссылок.

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, 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 = 1
b = a   # Создаем вторую ссылку на тот же список, счетчик ссылок = 2
del a   # Удаляем первую ссылку, счетчик ссылок = 1
del b   # Удаляем вторую ссылку, счетчик ссылок = 0
# Память, занимаемая списком, освобождается

Обнаружение циклических ссылок

Подсчет ссылок не может обнаружить циклические ссылки, когда два или более объектов ссылаются друг на друга, но больше не используются в программе. Для решения этой проблемы Python использует алгоритмы обнаружения циклов.

Пример:

class Node:
    def __init__(self):
        self.reference = None
​
node1 = Node()
node2 = Node()
​
node1.reference = node2
node2.reference = node1
​
# Оба объекта ссылаются друг на друга, но больше не используются
del node1
del node2
# Сборщик мусора обнаружит цикл и освободит память

Как работает сборка циклов

Python периодически запускает сборщик мусора, который проверяет объекты на наличие циклических ссылок. Он использует алгоритм, который строит граф объектов и ищет циклы. Когда цикл обнаружен, сборщик мусора проверяет, можно ли освободить объекты в цикле, и освобождает их, если они больше не используются.

Применение и настройка

Сборщик мусора в Python работает автоматически, но его можно настраивать и вызывать вручную с помощью модуля gc. Например, можно отключить сборку циклов или изменить частоту её запуска.

Пример использования модуля gc:

import gc
​
gc.collect()  # Принудительно запускает сборщик мусора
gc.disable()  # Отключает автоматическую сборку циклов
gc.enable()   # Включает автоматическую сборку циклов