Python内存利用与垃圾回收器工作机制——整数内存复用疑问

我们知道Python中的整数（int）是不可变对象，无法在不改变引用的前提下就地修改其值。通过以下场景可以直观理解Python垃圾回收器的工作机制：

from ctypes import c_long
a = 1000
while a < 1010:
    print(id(a), c_long.from_address(id(a)))
    a = a + 1

运行上述代码后，输出结果如下：

140548768404176 c_long(1)
140548768406160 c_long(1)
140548768404176 c_long(1)
140548768406160 c_long(1)
140548768404176 c_long(1)
140548768406160 c_long(1)
140548768404176 c_long(1)
140548768406160 c_long(1)
140548768404176 c_long(1)
140548768406160 c_long(1)

关键说明 #

c_long.from_address(id())用于获取目标对象的引用计数。我们清楚：当变量被重新赋值后，旧对象的引用计数若降至0，垃圾回收机制会立即释放该对象占用的内存，这块内存可被后续分配新对象时复用。

为什么仅两块内存被反复复用？ #

原因可以拆解为两点：

• 小对象内存的即时回收：对于大于256的整数（不在Python的小整数常驻池内），每次执行a = a + 1时，会生成一个新的整数对象，同时旧对象的引用计数直接减1。当旧对象的引用计数变为0时，Python的私有内存分配器会立刻回收这块内存（无需等待全局垃圾回收周期，小对象内存由内存池直接管理）。
• 内存块的循环复用策略：看具体执行流程：
  1. 初始a=1000，该对象仅被a引用，引用计数为1；
  2. 第一次循环打印后，a = a+1创建1001，此时1000的引用计数降至0，内存被释放；
  3. 第二次循环打印1001后，a = a+1创建1002，1001的引用计数降至0，内存被释放；
  4. 创建1003时，内存分配器优先复用最早释放的1000的内存块；创建1004时，复用1001的内存块，以此循环。

正是因为当前循环每次只释放一个旧对象、创建一个新对象，加上内存分配器对最近释放的小内存块的循环复用策略，才出现了两块内存交替被重复使用的现象。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hetvee Shah