Python 是如何管理内存和垃圾回收的？

Question

Accepted Answer

Python 使用两种机制**自动**管理内存：**引用计数**（主要方式）外加一个处理引用循环的**循环垃圾回收器**。你永远不需要手动释放内存，但理解其工作原理有助于解释内存行为和内存泄漏。

## 引用计数——主要机制

```python
import sys

x = [1, 2, 3]        # the list object has refcount 1
y = x                 # refcount 2 (another name references it)
sys.getrefcount(x)    # shows the count (slightly higher due to the call itself)

del y                 # refcount 1
del x                 # refcount 0 → the object is FREED immediately
```

每个对象都会跟踪有多少个引用指向它。当计数降到**零**时，内存会**立即**被释放。这种方式是确定性且及时的——一旦没有任何引用指向对象，对象就会被销毁。

## 问题所在：引用循环

```python
# reference counting alone can't free this:
a = {}
b = {}
a["b"] = b      # a references b
b["a"] = a      # b references a → they reference EACH OTHER
del a, b        # the names are gone, but the objects still reference each other
# → refcounts never reach 0 → they'd leak with refcounting alone
```

两个相互引用的对象会让彼此的引用计数始终大于零，即使它们已经无法再被访问——这就形成了纯引用计数无法回收的循环。

## 循环垃圾回收器

```python
import gc

# the generational GC periodically finds and frees unreachable CYCLES
gc.collect()        # manually trigger a collection
gc.get_count()      # objects tracked per generation
```

Python 的辅助性**分代垃圾回收器**会周期性地检测并释放这些无法访问的循环。它是*分代*的——较新的对象会被更频繁地检查（大多数对象都是“朝生暮死”的），这样更高效。

## 实际影响与泄漏来源

```text
✓ Most memory is reclaimed promptly via reference counting
⚠️ Leaks still happen from REACHABLE references that outlive their usefulness:
   - global caches/lists that only grow
   - objects held by long-lived closures or class attributes
   - registered callbacks/listeners never removed
```

GC 能处理循环，但无法释放仍然*可访问*的对象——现实中常见的“泄漏”正是无意中让引用保持存活（例如一个不断增长的全局缓存）。

## 其他细节

```text
- Small integers (-5..256) and short strings are CACHED/interned (shared, reused)
- CPython uses memory pools (pymalloc) for small objects (efficiency)
```

## 为什么这很重要

理解 Python 的内存模型——及时的引用计数加上循环 GC——可以解释许多真实行为：为什么对象通常会被立即释放，为什么引用循环需要 GC，以及最关键的，为什么 Python 中的“内存泄漏”来自于*可访问*的引用（不断增长的缓存、残留的闭包、未被移除的回调），而不是被遗忘的释放操作。

这些知识对于诊断长时间运行服务中的内存增长、以及编写注重内存的代码至关重要——要知道，解决办法通常是切断引用（限制缓存大小、清理注册项），而不是指望 GC 能替你做什么。