[Python] Python의 GC(Garbage Collector)

Python GC는 어떻게 동작하는가

파이썬 GC 에대한 글입니다. 파이썬 GC는 어떻게 동작 하는지에 대해 서술합니다.

Python 의 GC

파이썬에서는 기본적으로 garbage_collection 이외에도 reference counting을 통해 할당된 메모리를 관리한다.

기본적으로 refernce counting은 각객체의 참조 횟수가 0이면 도달할수 없는객체로 판단하여 collecting을 한다. 하지만 참조횟수가 0은 아니지만 도달할수없는 경우의 문제도 있다. 이를 해결하기위해 Python 에서는 추가적으로 cyclic garbage collection 을 통한 가비지 컬렉션을 추가적으로 사용한다.

레퍼런스 카운팅

파이썬에서 다른객체가 객체를 참조할때 참조하는 객체의 레퍼런스 카운트를 증가시킵니다. 또 참조가 없어질때 해당 레퍼런스 카운트를 다시 감소시킵니다. 이 카운터가 0이되면 해당 객체는 참조하는경우가 없으므로 메모리에서 해제시킵니다.

순환 참조

GC설명에서 살짝 언급한 참조횟수가 0이 아니지만 도달할수없는 경우의 예시이다.

#ex1 자기 자신을 참조
cycle =[]
cycle.append(cycle) # 이경우 cycle은 ref-count가 1이지만 더이상참조할수없다.
# END

위의경우 자기자신을 참조한경우고 저이후 프로그램이 종료되는경우 메모리를 레퍼런스 카운팅 방법으로는 해제할 수 없다.

# ex2 서로를 순환참조 A->B B->A
>>> a = Foo()  # 0x60
>>> b = Foo()  # 0xa8
>>> a.x = b  # 0x60의 x는 0xa8를 가리킨다.
>>> b.x = a  # 0xa8의 x는 0x60를 가리킨다.
# 이 시점에서 0x60의 레퍼런스 카운터는 a와 b.x로 2
# 0xa8의 레퍼런스 카운터는 b와 a.x로 2다.
>>> del a  # 0x60은 1로 감소한다. 0xa8은 b와 0x60.x로 2다.
>>> del b  # 0xa8도 1로 감소한다.

위의 경우에서도 서로를 참조하기때문에 레퍼런스 카운트는 0이아니지만 도달할수없는 메모리로 가비지(쓰레기)가 된다.

python garbage collector

가비지 컬렉션의 작동방식

순환참조 문제 를 해결하는 cyclic garbage collection 이 어떤 방식으로 동작하는지 알아보자.

가비지 컬렉션의 기준

가비지 컬렉터는 내부적으로 generation(세대), 와 threshold(임계값)으로 가비지 컬렉션 주기와 객체를 관리한다. 객체들은 최근 생성된 객체의 generation(0) 부터 old(2) 까지 세대로 구분한다. 비교적 젊은세대(0) 에 가까울수록 더 자주 collection 하도록 설계되어있다.

순환 참조의 감지

순환참조문제는 컨테이너 클래스(객체) 에 의에서만 발생할 수 있음을 먼저 알아야한다. 다른 객체를 참조할수있는 컨테이너형 객체만 순환참조 문제를 일으킬수 있다. GC는 순환 참조를 해결하기 위해 아이디어로 모든 컨테이너 객체를 추적한다.

1. GC 시작시 ->GC ROOT로 모든 컨테이너 객체를 추적하고
2. GC_REF 는 모든 컨테이너 객체가가지는 REF_COUNT를 복사한 값으로 추가필드로 컨테이너 객체에 남게된다.
3. 레퍼런스 카운트를 증감 시키지않고 GC_REF를 통해 참조에 CONTAINER 객체가 있을경우 감소시킨다.
4. 이를통해 GC_REF 가 0이된 객체가 있다면 해당 객체가 UNREACHABLE?(도달 불가능 할수 있는값) 임을 인지한다. GC_REF==0 이라고 모든객체가 닿을수 없는객체는 아니다.
5. GC 가 UNREACHABLE? 에있는 컨테이너를 순회하면서 REACHABLE 이있을경우 해당 객체는 REACHABLE로 옮기고 GC_REF를 1로 설정한다.
6. 그럼에도 미접근객체가 있을경우 메모리를 해제하게된다.

ref_count 와 Java 와는 다르게 객체가 얼마나 참조했냐로 접근하여 GC 여부를 체크하는것은 JAVA의 GC 에서 객체에 도달할 수 있냐 의 다른 해결방법이 개인적으로 재미있는 포인트였다. Java 의 GC 방법 보다 Python의 그것이 조금더 greedy 하다고 생각된다. 🐢

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