CPython 的垃圾回收器及其对应用程序性能的影响

主要观点:

  • 发布了 CPython 垃圾回收(GC)实现的详细代码演练,现需更高层次解释 CPython 的整体内存管理机制。
  • CPython 主要依赖引用计数回收未使用对象的内存,存在循环引用时需垃圾回收器处理。
  • CPython 的垃圾回收器根据年轻代中活动对象的数量决定何时调用,扫描堆中的对象以清理循环引用等。
  • 增量式垃圾回收是近期引入的优化,旨在减少全堆扫描的性能影响,但在某些情况下效果不佳。
  • 可通过优化数据结构、使用更高效的内存分配器等方式降低 CPython 中垃圾回收的成本。
  • 利用内存分析工具收集堆和垃圾回收使用情况的统计信息,以更明智地调整垃圾回收参数。

关键信息:

  • CPython 中引用计数初始对象引用计数为 1,赋值等操作会增加或减少引用计数,最后引用计数为 0 时回收内存。
  • 堆分为年轻代和老年代等,GC 对不同代的扫描频率不同,年轻代阈值默认 2000 等。
  • 增量式 GC 每次扫描年轻代时扫描老年代的一部分以分摊成本,但在 Sphinx 中出现性能问题。
  • 可通过设计数据结构、使用__slots__等方式优化内存使用,减少 GC 频率和成本。
  • 利用弱引用避免循环引用,可通过gc模块调整垃圾回收阈值等。

重要细节:

  • 年轻代对象超过阈值时,运行时在当前线程的eval_breaker中设置标志,CPython 虚拟机在特定字节码指令执行结束时检查该标志以调用 GC。
  • 全堆扫描在某些应用中成本很高,CPython 会根据long_lived_totallong_lived_pending的比例决定是否进行全堆扫描。
  • 以最坏情况为例说明全堆扫描的成本,如每秒 100 个请求,每个请求创建 20 个 24 字节的长寿命对象,1 秒后触发年轻代 GC,10 秒后触发第一代老年代 GC,100 秒后触发第二代老年代 GC,全堆扫描成本逐渐增加。
  • 可使用tracemalloc等内存分析工具收集统计信息,根据应用情况调整垃圾回收参数。
  • 可通过付费订阅、Buy me a coffee 或 GitHub Sponsor 支持作者。
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