A. BAT面试题28：python是如何进行内存管理的
Python的内存管理，一般从以下三个方面来说：
1)对象的引用计数机制(四增五减)
2)垃圾回收机制(手动自动，分代回收)
3)内存池机制(大m小p)
1)对象的引用计数机制
要保持追踪内存中的对象，Python使用了引用计数这一简单的技术。sys.getrefcount(a)可以查看a对象的引用计数，但是比正常计数大1，因为调用函数的时候传入a，这会让a的引用计数+1
2)垃圾回收机制
吃太多，总会变胖，Python也是这样。当Python中的对象越来越多，它们将占据越来越大的内存。不过你不用太担心Python的体形，它会在适当的时候“减肥”，启动垃圾回收(garbage
collection)，将没用的对象清除
从基本原理上，当Python的某个对象的引用计数降为0时，说明没有任何引用指向该对象，该对象就成为要被回收的垃圾了
比如某个新建对象，它被分配给某个引用，对象的引用计数变为1。如果引用被删除，对象的引用计数为0，那么该对象就可以被垃圾回收。
然而，减肥是个昂贵而费力的事情。垃圾回收时，Python不能进行其它的任务。频繁的垃圾回收将大大降低Python的工作效率。如果内存中的对象不多，就没有必要总启动垃圾回收。
所以，Python只会在特定条件下，自动启动垃圾回收。当Python运行时，会记录其中分配对象(object
allocation)和取消分配对象(object deallocation)的次数。当两者的差值高于某个阈值时，垃圾回收才会启动。
我们可以通过gc模块的get_threshold()方法，查看该阈值。
3)内存池机制
Python中有分为大内存和小内存：(256K为界限分大小内存)
1、大内存使用malloc进行分配
2、小内存使用内存池进行分配
python中的内存管理机制都有两套实现，一套是针对小对象，就是大小小于256K时，pymalloc会在内存池中申请内存空间;当大于256K时，则会直接执行系统的malloc的行为来申请内存空间。
B. 怎么让python在内存中运行
对象的内存使用
赋值语句是语言最常见的功能了。但即使是最简单的赋值语句，也可以很有内涵。Python的赋值语句就很值得研究。
a = 1
整数1为一个对象。而a是一个引用。利用赋值语句，引用a指向对象1。Python是动态类型的语言(参考动态类型)，对象与引用分离。Python像使用“筷子”那样，通过引用来接触和翻动真正的食物——对象。
引用和对象
为了探索对象在内存的存储，我们可以求助于Python的内置函数id()。它用于返回对象的身份(identity)。其实，这里所谓的身份，就是该对象的内存地址。
a = 1
print(id(a))
print(hex(id(a)))
在我的计算机上，它们返回的是:
11246696
'0xab9c68'
分别为内存地址的十进制和十六进制表示。
在Python中，整数和短小的字符，Python都会缓存这些对象，以便重复使用。当我们创建多个等于1的引用时，实际上是让所有这些引用指向同一个对象。
a = 1
b = 1
print(id(a))
print(id(b))
上面程序返回
11246696
11246696
可见a和b实际上是指向同一个对象的两个引用。
为了检验两个引用指向同一个对象，我们可以用is关键字。is用于判断两个引用所指的对象是否相同。
# True
a = 1
b = 1
print(a is b)
# True
a = "good"
b = "good"
print(a is b)
# False
a = "very good morning"
b = "very good morning"
print(a is b)
# False
a = []
b = []
print(a is b)
上面的注释为相应的运行结果。可以看到，由于Python缓存了整数和短字符串，因此每个对象只存有一份。比如，所有整数1的引用都指向同一对象。即使使用赋值语句，也只是创造了新的引用，而不是对象本身。长的字符串和其它对象可以有多个相同的对象，可以使用赋值语句创建出新的对象。
在Python中，每个对象都有存有指向该对象的引用总数，即引用计数(reference count)。
我们可以使用sys包中的getrefcount()，来查看某个对象的引用计数。需要注意的是，当使用某个引用作为参数，传递给getrefcount()时，参数实际上创建了一个临时的引用。因此，getrefcount()所得到的结果，会比期望的多1。
from sys import getrefcount
a = [1, 2, 3]
print(getrefcount(a))
b = a
print(getrefcount(b))
由于上述原因，两个getrefcount将返回2和3，而不是期望的1和2。
对象引用对象
Python的一个容器对象(container)，比如表、词典等，可以包含多个对象。实际上，容器对象中包含的并不是元素对象本身，是指向各个元素对象的引用。
我们也可以自定义一个对象，并引用其它对象:
class from_obj(object):
def __init__(self, to_obj):
self.to_obj = to_obj
b = [1,2,3]
a = from_obj(b)
print(id(a.to_obj))
print(id(b))
可以看到，a引用了对象b。
对象引用对象，是Python最基本的构成方式。即使是a = 1这一赋值方式，实际上是让词典的一个键值"a"的元素引用整数对象1。该词典对象用于记录所有的全局引用。该词典引用了整数对象1。我们可以通过内置函数globals()来查看该词典。
当一个对象A被另一个对象B引用时，A的引用计数将增加1。
from sys import getrefcount
a = [1, 2, 3]
print(getrefcount(a))
b = [a, a]
print(getrefcount(a))
由于对象b引用了两次a，a的引用计数增加了2。
容器对象的引用可能构成很复杂的拓扑结构。我们可以用objgraph包来绘制其引用关系，比如
x = [1, 2, 3]
y = [x, dict(key1=x)]
z = [y, (x, y)]
import objgraph
objgraph.show_refs([z], filename='ref_topo.png')
objgraph是Python的一个第三方包。安装之前需要安装xdot。
sudo apt-get install xdot
sudo pip install objgraph
objgraph官网
两个对象可能相互引用，从而构成所谓的引用环(reference cycle)。
a = []
b = [a]
a.append(b)
即使是一个对象，只需要自己引用自己，也能构成引用环。
a = []
a.append(a)
print(getrefcount(a))
引用环会给垃圾回收机制带来很大的麻烦，我将在后面详细叙述这一点。
引用减少
某个对象的引用计数可能减少。比如，可以使用del关键字删除某个引用:
from sys import getrefcount
a = [1, 2, 3]
b = a
print(getrefcount(b))
del a
print(getrefcount(b))
del也可以用于删除容器元素中的元素，比如:
a = [1,2,3]
del a[0]
print(a)
如果某个引用指向对象A，当这个引用被重新定向到某个其他对象B时，对象A的引用计数减少:
from sys import getrefcount
a = [1, 2, 3]
b = a
print(getrefcount(b))
a = 1
print(getrefcount(b))
垃圾回收
吃太多，总会变胖，Python也是这样。当Python中的对象越来越多，它们将占据越来越大的内存。不过你不用太担心Python的体形，它会乖巧的在适当的时候“减肥”，启动垃圾回收(garbage collection)，将没用的对象清除。在许多语言中都有垃圾回收机制，比如Java和Ruby。尽管最终目的都是塑造苗条的提醒，但不同语言的减肥方案有很大的差异 (这一点可以对比本文和Java内存管理与垃圾回收
)。
从基本原理上，当Python的某个对象的引用计数降为0时，说明没有任何引用指向该对象，该对象就成为要被回收的垃圾了。比如某个新建对象，它被分配给某个引用，对象的引用计数变为1。如果引用被删除，对象的引用计数为0，那么该对象就可以被垃圾回收。比如下面的表:
a = [1, 2, 3]
del a
del a后，已经没有任何引用指向之前建立的[1, 2, 3]这个表。用户不可能通过任何方式接触或者动用这个对象。这个对象如果继续待在内存里，就成了不健康的脂肪。当垃圾回收启动时，Python扫描到这个引用计数为0的对象，就将它所占据的内存清空。
然而，减肥是个昂贵而费力的事情。垃圾回收时，Python不能进行其它的任务。频繁的垃圾回收将大大降低Python的工作效率。如果内存中的对象不多，就没有必要总启动垃圾回收。所以，Python只会在特定条件下，自动启动垃圾回收。当Python运行时，会记录其中分配对象(object allocation)和取消分配对象(object deallocation)的次数。当两者的差值高于某个阈值时，垃圾回收才会启动。
我们可以通过gc模块的get_threshold()方法，查看该阈值:
import gc
print(gc.get_threshold())
返回(700, 10, 10)，后面的两个10是与分代回收相关的阈值，后面可以看到。700即是垃圾回收启动的阈值。可以通过gc中的set_threshold()方法重新设置。
我们也可以手动启动垃圾回收，即使用gc.collect()。
分代回收
Python同时采用了分代(generation)回收的策略。这一策略的基本假设是，存活时间越久的对象，越不可能在后面的程序中变成垃圾。我们的程序往往会产生大量的对象，许多对象很快产生和消失，但也有一些对象长期被使用。出于信任和效率，对于这样一些“长寿”对象，我们相信它们的用处，所以减少在垃圾回收中扫描它们的频率。
小家伙要多检查
Python将所有的对象分为0，1，2三代。所有的新建对象都是0代对象。当某一代对象经历过垃圾回收，依然存活，那么它就被归入下一代对象。垃圾回收启动时，一定会扫描所有的0代对象。如果0代经过一定次数垃圾回收，那么就启动对0代和1代的扫描清理。当1代也经历了一定次数的垃圾回收后，那么会启动对0，1，2，即对所有对象进行扫描。
这两个次数即上面get_threshold()返回的(700, 10, 10)返回的两个10。也就是说，每10次0代垃圾回收，会配合1次1代的垃圾回收；而每10次1代的垃圾回收，才会有1次的2代垃圾回收。
同样可以用set_threshold()来调整，比如对2代对象进行更频繁的扫描。
import gc
gc.set_threshold(700, 10, 5)
孤立的引用环
引用环的存在会给上面的垃圾回收机制带来很大的困难。这些引用环可能构成无法使用，但引用计数不为0的一些对象。
a = []
b = [a]
a.append(b)
del a
del b
上面我们先创建了两个表对象，并引用对方，构成一个引用环。删除了a，b引用之后，这两个对象不可能再从程序中调用，就没有什么用处了。但是由于引用环的存在，这两个对象的引用计数都没有降到0，不会被垃圾回收。
孤立的引用环
为了回收这样的引用环，Python复制每个对象的引用计数，可以记为gc_ref。假设，每个对象i，该计数为gc_ref_i。Python会遍历所有的对象i。对于每个对象i引用的对象j，将相应的gc_ref_j减1。
遍历后的结果
在结束遍历后，gc_ref不为0的对象，和这些对象引用的对象，以及继续更下游引用的对象，需要被保留。而其它的对象则被垃圾回收。
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XCCS_澍
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Python 的内存管理机制及调优手段？ 原创
2018-08-05 06:50:53
XCCS_澍
码龄7年
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内存管理机制：引用计数、垃圾回收、内存池。
一、引用计数：
引用计数是一种非常高效的内存管理手段， 当一个 Python 对象被引用时其引用计数增加 1， 当其不再被一个变量引用时则计数减 1. 当引用计数等于 0 时对象被删除。
二、垃圾回收 ：
1. 引用计数
引用计数也是一种垃圾收集机制，而且也是一种最直观，最简单的垃圾收集技术。当 Python 的某个对象的引用计数降为 0 时，说明没有任何引用指向该对象，该对象就成为要被回收的垃圾了。比如某个新建对象，它被分配给某个引用，对象的引用计数变为 1。如果引用被删除，对象的引用计数为 0，那么该对象就可以被垃圾回收。不过如果出现循环引用的话，引用计数机制就不再起有效的作用了
2. 标记清除
如果两个对象的引用计数都为 1，但是仅仅存在他们之间的循环引用，那么这两个对象都是需要被回收的，也就是说，它们的引用计数虽然表现为非 0，但实际上有效的引用计数为 0。所以先将循环引用摘掉，就会得出这两个对象的有效计数。
3. 分代回收
从前面“标记-清除”这样的垃圾收集机制来看，这种垃圾收集机制所带来的额外操作实际上与系统中总的内存块的数量是相关的，当需要回收的内存块越多时，垃圾检测带来的额外操作就越多，而垃圾回收带来的额外操作就越少；反之，当需回收的内存块越少时，垃圾检测就将比垃圾回收带来更少的额外操作。
D. Python 中的垃圾回收机制
python采用的是 引用计数 机制为主， 标记-清除 和 分代收集（隔代回收） 两种机制为辅的策略。
python里每一个东西都是对象，它们的核心就是一个结构体：PyObject
PyObject是每个对象必有的内容，其中ob_refcnt就是做为引用计数。当一个对象有新的引用时，它的ob_refcnt就会增加，当引用它的对象被删除，它的ob_refcnt就会减少
引用计数为0时，该对象生命就结束了。
引用计数机制的优点：
1、简单
2、实时性：一旦没有引用，内存就直接释放了，不用像其他机制得等到特定时机。实时性还带来一个好处：处理回收内存的时间分摊到了平时。
引用计数机制的缺点：
1、维护引用计数消耗资源
2、循环引用
案例：
循环引用导致内存泄露
有三种情况会触发垃圾回收：
gc模块提供一个接口给开发者设置垃圾回收的选项。上面说到，采用引用计数的方法管理内存的一个缺陷是循环引用，而gc模块的一个主要功能就是解决循环引用的问题。
常用函数 ：
gc实践案例
必须要import gc模块，并且is_enable()=True才会启动自动垃圾回收。
这个机制的主要作用就是发现并处理不可达的垃圾对象。
在Python中，采用分代收集的方法。把对象分为三代，一开始，对象在创建的时候，放在一代中，如果在一次一代的垃圾检查中，该对象存活下来，就会被放到二代中，同理在一次二代的垃圾检查中，该对象存活下来，就会被放到三代中。
gc模块里面会有一个长度为3的列表的计数器，可以通过 gc.get_count() 获取。
gc模快有一个自动垃圾回收的阀值，即通过 gc.get_threshold 函数获取到的长度为3的元组，例如 (700,10,10)
每一次计数器的增加，gc模块就会检查增加后的计数是否达到阀值的数目，如果是，就会执行对应的代数的垃圾检查，然后重置计数器
注意：
如果循环引用中，两个对象都定义了 __del__ 方法，gc模块不会销毁这些不可达对象，因为gc模块不知道应该先调用哪个对象的 __del__ 方法，所以为了安全起见，gc模块会把对象放到 gc.garbage 中，但是不会销毁对象。
标记清除（Mark—Sweep）’算法是一种基于追踪回收（tracing GC）技术实现的垃圾回收算法。它分为两个阶段：第一阶段是标记阶段，GC会把所有的‘活动对象’打上标记，第二阶段是把那些没有标记的对象‘非活动对象’进行回收。那么GC又是如何判断哪些是活动对象哪些是非活动对象的呢？
对象之间通过引用（指针）连在一起，构成一个有向图，对象构成这个有向图的节点，而引用关系构成这个有向图的边。从根对象（root object）出发，沿着有向边遍历对象，可达的（reachable）对象标记为活动对象，不可达的对象就是要被清除的非活动对象。根对象就是全局变量、调用栈、寄存器。 mark-sweepg 在上图中，我们把小黑圈视为全局变量，也就是把它作为root object，从小黑圈出发，对象1可直达，那么它将被标记，对象2、3可间接到达也会被标记，而4和5不可达，那么1、2、3就是活动对象，4和5是非活动对象会被GC回收。
标记清除算法作为Python的辅助垃圾收集技术主要处理的是一些容器对象，比如list、dict、tuple，instance等，因为对于字符串、数值对象是不可能造成循环引用问题。Python使用一个双向链表将这些容器对象组织起来。不过，这种简单粗暴的标记清除算法也有明显的缺点：清除非活动的对象前它必须顺序扫描整个堆内存，哪怕只剩下小部分活动对象也要扫描所有对象。
E. python中如何判断class当前有哪些实例
这个需求可以通过定义类属性来实现。类属性不属于对象，可以被这个类的所有对象所共享。可以通过类属性来记录对象数目。对象是没有“名字”的。通过变量名访问对象，实际上是访问对象的引用。一个对象会可能会有多个引用，因此变量名不是对象的名称。如果要用一个名字来对应唯一的对象，就可以使用对象的ID。
使用类属性计数的示例：
classFoo:
count=0#用来计数
ids=[]#存储所有已经创建对象的id
def__init__(self):
Foo.count+=1
Foo.ids.append(id(self))
def__del__(self):
Foo.count-=1
foriinrange(len(Foo.ids)):
ifid(self)==Foo.ids[i]:
delFoo.ids[i]
break
a=Foo()
b=Foo()
printFoo.count
dela
printFoo.count
望采纳！
F. python 处理大数据程序运行的越来越慢的问题
最近编写并运行了一个处理1500万个数据的程序，本来最初每秒可以处理150个左右的数据，预计大概15个小时的时间就可以处理完，晚上的时候就开始运行，本以为等到第二天中午就可以得到结果呢，，，
可是，等我第二天的时候一看，什么？？？还没处理完，当前的数据处理速度变成了一秒5个左右，然后还需要等待300个小时。
然后就查了一下这个问题，原来同样也有很多人在处理大数据的时候遇到了这个问题，大多数的文章分析的原因都是说由于GC（垃圾回收）造成的性能下降。
Python的垃圾回收机制的工作原理为每个对象维护一个引用计数，每次内存对象的创建与销毁都必须修改引用计数，从而在大量的对象创建时，需要大量的执行修改引用计数操作，对于程序执行过程中，额外的性能开销是令人可怕的。回收的触发时机有两种可能，一是用户主动调用gc.collect(),二是对象数量超过阈值。
所以正是GC拖慢了程序的性能，所以我们可以考虑在处理的时候禁止垃圾回收。
通过这样的改进之后速度确度会有很大的提升。但是又有也会另外的一个问题，内存溢出，由于运行的过程中生成大量的对象，一次使用后就没有了引用，由于关闭了垃圾回收机制，一直存在内存中得不到清理，然后程序的内存使用量越来越大。解决的方法就是定期打开gc.enable()再关闭或者主动调用gc.collect(),这样就可以了。
通过上述的改进后程序确实了很多，可是我的程序还是运行的越来越慢，我都怀疑人生了，然后分别测试了各个步骤所花费的时间才知道了原因，我使用了pandas创建一个DataFrame,然后每次迭代得到的结果都添加新的数据到DataFrame中，随着里边的数据越来越多，添加的速度也就越来越慢了，严重的拖累的运行速度。这里的解决方法有两个：
1 分段保存结果，间隔一段时间就保存一次结果，最后再将多次的结果合并。
2 换一个数据存储方法，我是直接使用了python的字典进行保存结果，它随着数据的增多添加的速度也会变慢，但是差别不是很大，在可接受的范围内，可以使用；或者再加上方法1，分段进行保存再合并也是可以的。