Как работает сборщик мусора в Python

Введение

Управление памятью в Python реализуется автоматически с помощью сборщика мусора (Garbage Collector). Он освобождает память, занятую объектами, которые больше не используются, предотвращая утечки памяти и обеспечивая стабильную работу приложений.

В этой статье мы рассмотрим, как Python определяет, какие объекты можно удалить, как работают подсчет ссылок и алгоритмы для сборки циклических объектов.

Если вы хотите детальнее изучить работу Python с объектами, памятью и ссылками — приходите на наш курс Основы Python. На курсе 209 уроков и 34 упражнения, AI-тренажеры для практики с кодом и задачами 24/7, решение задач с живым ревью наставника, еженедельные встречи с менторами.

Подсчет ссылок (Reference Counting)

Каждый объект в Python хранит счетчик ссылок — количество переменных, указывающих на объект. Когда счетчик становится равным нулю, объект удаляется:

import sys

a = [1, 2, 3]
print(sys.getrefcount(a))  # Например, 2 (счётчик включает временную ссылку функции getrefcount)
b = a
print(sys.getrefcount(a))  # 3
del a
print(sys.getrefcount(b))  # 2

Недостаток подсчета ссылок — невозможность обнаружить циклические ссылки (объекты, ссылающиеся друг на друга).

Циклический сборщик (Cycle Collector)

Python использует модуль gc для обнаружения циклов объектов, которые недоступны извне, но содержат ссылки друг на друга:

import gc

class Node:
    def __init__(self):
        self.ref = None

a = Node()
b = Node()
a.ref = b
b.ref = a

del a
del b

gc.collect()  # Принудительно запускаем сборщик циклов

Сборщик циклов помогает предотвратить утечки памяти в структурах с взаимными ссылками.

Настройка сборщика мусора

Модуль gc позволяет:

• Отключать/включать автоматическую сборку:

gc.disable()
gc.enable()

• Получать информацию о поколениях и объектных подсчетах:

print(gc.get_count())  # Количество объектов в поколениях

• Принудительно запускать сборку:

gc.collect()

Практические рекомендации

1. Избегайте создания больших циклических структур без необходимости.
2. Для временных объектов используйте неизменяемые типы или слабые ссылки (weakref).
3. При работе с ресурсами, требующими освобождения (файлы, соединения) используйте контекстные менеджеры (with).

Частые ошибки

• Полагаться только на подсчет ссылок и игнорировать циклы.
• Создавать объекты с циклами, которые долго живут, не используя сборщик мусора.
• Ожидать немедленного удаления объекта после del. Сборка может происходить позже.

Часто задаваемые вопросы

1. Почему объект не удаляется после del? Если на объект ещё есть ссылки или он участвует в цикле, сборка произойдет позже.

2. Можно ли полностью отключить сборщик мусора? Да, через gc.disable(), но тогда нужно вручную следить за памятью.

3. Как проверить объекты, не собранные сборщиком?

import gc
print(gc.garbage)  # Список объектов, которые не удалось собрать

Заключение

Сборщик мусора — ключевой инструмент Python для управления памятью. Он сочетает подсчет ссылок и сборку циклических объектов, обеспечивая автоматическое освобождение памяти. Понимание его работы помогает оптимизировать использование памяти и избегать утечек в сложных приложениях.

Для системного изучения работы с памятью, объектами и ссылками рекомендую пройти курс Основы Python. В первых 3 модулях уже доступно бесплатное содержание — начните погружаться в мир Python прямо сегодня.