Python 打算刪除大量涉及像C和C++語(yǔ)言那樣的復(fù)雜內(nèi)存管理。當(dāng)對(duì)象離開范圍，就會(huì)被自動(dòng)垃圾收集器回收。然而，對(duì)于由 Python 開發(fā)的大型且長(zhǎng)期運(yùn)行的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，內(nèi)存管理是不容小覷的事情。

在這篇博客中，我將會(huì)分享關(guān)于減少 Python 內(nèi)存消耗的方法和分析導(dǎo)致內(nèi)存消耗/膨脹根源的問(wèn)題。這些都是從實(shí)際操作中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，我們正在構(gòu)建 Datos IO 的 RecoverX 分布式備份和恢復(fù)平臺(tái)，這里主要要介紹的是在 Python（在 C++ ，Java 和 bash 中也有一些類似的組件） 中的開發(fā)。

Python 垃圾收集

Python解釋器對(duì)正在使用的對(duì)象保持計(jì)數(shù)。當(dāng)對(duì)象不再被引用指向的時(shí)候，垃圾收集器可以釋放該對(duì)象，獲取分配的內(nèi)存。例如，如果你使用常規(guī)的Python(CPython, 不是JPython)時(shí)，Python的垃圾收集器將調(diào)用free()/delete() 。

實(shí)用工具

資源（resource）

resource 模塊用來(lái)查看項(xiàng)目當(dāng)前得的固有的)內(nèi)存消耗(固有內(nèi)存是項(xiàng)目實(shí)際使用的RAM)，注意resource庫(kù)只在linux系統(tǒng)下有效

>>> import resource
>>> resource.getrusage(resource.RUSAGE_SELF).ru_maxrss
443

對(duì)象（objgraph）

objgraph 是一個(gè)實(shí)用模塊,可以展示當(dāng)前內(nèi)存中存在的對(duì)象

來(lái)看看objgraph的簡(jiǎn)單用法：

import objgraph
import random
import inspect

class Foo(object):

  def __init__(self):
    self.val = None

  def __str__(self):
    return "foo - val: {0}".format(self.val)

def f():

  l = []

  for i in range(3):
    foo = Foo()
    l.append(foo)

  return l


def main():

  d = {}

  l = f()

  d['k'] = l

  print "list l has {0} objectsoftype Foo()".format(len(l))

pythontest1.py

輸出：

list l has 10000 objectsoftype Foo()
dict 10423
Foo 10000 ————> Guiltyas charged!
tuple 3349
wrapper_descriptor 945
function 860
builtin_function_or_method 616
method_descriptor 338
weakref 199
member_descriptor 161
getset_descriptor 107

注意，我們?cè)趦?nèi)存中還持有10,423個(gè)‘dict'的實(shí)例對(duì)象。

可視化objgraph依賴項(xiàng)

Objgraph有個(gè)不錯(cuò)的功能，可以顯示Foo()對(duì)象在內(nèi)存中存在的因素，即，顯示誰(shuí)持有對(duì)它的引用 (在這個(gè)例子中是list l)。

在RedHat/Centos上, 你可以使用sudo yum install graphviz*安裝graphviz
在Ubunbu等系統(tǒng)上使用sudo apt-get install graphviz*安裝graphviz

如需查看對(duì)象字典 d，請(qǐng)參考:

objgraph.show_refs(d, filename='sample-graph.png')

從內(nèi)存使用角度來(lái)看，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)——為什么對(duì)象沒有釋放?這是因?yàn)橛腥嗽诔钟袑?duì)它的引用。

這個(gè)小片段展示了objgraph怎樣提供相關(guān)信息:

objgraph.show_backrefs(random.choice(objgraph.by_type('Foo')), filename="foo_refs.png")

在這一案例中, 我們查看了Foo類型的隨機(jī)對(duì)象。我們知道該特定對(duì)象被保存在內(nèi)存中，因其引用鏈接在指定范圍內(nèi)。

有時(shí)，以上技巧能幫助我們理解，為什么當(dāng)我們不再使用某對(duì)象時(shí)，Python垃圾回收器沒有將垃圾回收。

難處理的是，有時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)Foo()占用了很多內(nèi)存的類。這時(shí)我們可以用heapy()來(lái)回答以上問(wèn)題。

Heapy

heapy 是一個(gè)實(shí)用的，用于調(diào)試內(nèi)存消耗/泄漏的工具。通常，我將objgraph和heapy搭配使用：用 heapy 查看分配對(duì)象隨時(shí)間增長(zhǎng)的差異，heapy能夠顯示對(duì)象持有的最大內(nèi)存等；用Objgraph找backref鏈（例如：前4節(jié)），嘗試獲取它們不能被釋放的原因。

Heapy的典型用法是在不同地方的代碼中調(diào)用一個(gè)函數(shù)，試圖為內(nèi)存使用量提供大量收集線索，找到可能會(huì)引發(fā)的問(wèn)題：

from guppyimport hpy


def dump_heap(h, i):
  """
  @param h: Theheap (from hp = hpy(), h = hp.heap())
  @param i: Identifierstr
  """

  print "Dumpingstatsat: {0}".format(i)

  print 'Memoryusage: {0}(MB)'.format(resource.getrusage(resource.RUSAGE_SELF).ru_maxrss/1024)

  print "Mostcommontypes:"
  objgraph.show_most_common_types()

  print "heapis:"
  print "{0}".format(h)

  by_refs = h.byrcs
  print "byreferences: {0}".format(by_refs)
  print "Morestatsfor topelement.."
  print "Byclodo (class or dict owner): {0}".format(by_refs[0].byclodo)
  print "Bysize: {0}".format(by_refs[0].bysize)
  print "Byid: {0}".format(by_refs[0].byid)

減少內(nèi)存消耗小技巧

在這一部分，我會(huì)介紹一些自己發(fā)現(xiàn)的可減少內(nèi)存消耗的小竅門.

Slots

當(dāng)你有許多對(duì)象時(shí)候可以使用Slots。Slotting傳達(dá)給Python解釋器：你的對(duì)象不需要?jiǎng)討B(tài)的字典(從上面的例子2.2中，我們看到每個(gè)Foo()對(duì)象內(nèi)部包含一個(gè)字典)

用slots定義你的對(duì)象，讓python解釋器知道你的類屬性/成員是固定的.。這樣可以有效地節(jié)約內(nèi)存!

參考以下代碼：

import resource

class Foo(object):
  #__slots__ = ('val1', 'val2', 'val3', 'val4', 'val5', 'val6')

  def __init__(self, val):
    self.val1 = val+1
    self.val2 = val+2
    self.val3 = val+3
    self.val4 = val+4
    self.val5 = val+5
    self.val6 = val+6

def f(count):
  l = []
  for i in range(count):
    foo = Foo(i)
    l.append(foo)

  return l

def main():
  count = 10000
  l = f(count)

  mem = resource.getrusage(resource.RUSAGE_SELF).ru_maxrss

  print "Memoryusageis: {0} KB”.format(mem)

  print "Sizeperfooobj: {0} KB”.format(float(mem)/count)

if __name__ == "__main__”:
  main()

[vagrant@datosdevtemp]$ pythontest2.py

輸出：

Memoryusageis: 16672 KB
Sizeperfooobj: 1.6672 KB
Nowun-commentthisline: #__slots__ = (‘val1', ‘val2', ‘val3', ‘val4', ‘val5', ‘val6')
[vagrant@datosdevtemp]$ pythontest2.py
Memoryusageis: 6576 KB
Sizeperfooobj: 0.6576 KB

在這個(gè)例子中，減少了60%的內(nèi)存消耗！

駐留：謹(jǐn)防駐留字符串！

Python會(huì)記錄如字符串等不可改變的值（其每個(gè)值的大小依賴于實(shí)現(xiàn)方法），這稱為駐留。

>>> t = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
>>>> p = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
>>>> id(t)
139863272322872
>>> id(p)
139863272322872

這是由python解析器完成的，這樣做可以節(jié)省內(nèi)存，并加快比較速度。例如，如果兩個(gè)字符串擁有相同的ID或引用–他們就是全等的。

然而，如果你的程序創(chuàng)建了許多小的字符串，你的內(nèi)存就會(huì)出現(xiàn)膨脹。

生成字符串時(shí)使用Format來(lái)代替“+”

接下來(lái)，在構(gòu)造字符串時(shí)，使用Format來(lái)代替“+”構(gòu)建字符串。

亦即，

st = "{0}_{1}_{2}_{3}".format(a,b,c,d) # 對(duì)內(nèi)存更好，不創(chuàng)建臨時(shí)變量
st2 = a + '_' + b + '_' + c + '_' + d # 在每個(gè)"+"時(shí)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)str，這些都是駐留在內(nèi)存中的。

在我們的系統(tǒng)中，當(dāng)我們將某些字符串構(gòu)造從“+”變?yōu)槭褂胒ormat時(shí)，內(nèi)存會(huì)明顯被節(jié)省。

關(guān)于系統(tǒng)級(jí)別

上面我們討論的技巧可以幫助你找出系統(tǒng)內(nèi)存消耗的問(wèn)題。但是，隨著時(shí)間的推移，python進(jìn)程產(chǎn)生的內(nèi)存消耗會(huì)持續(xù)增加。這似乎與以下問(wèn)題有關(guān):

1. 為什么C中內(nèi)存分配能夠在Python內(nèi)部起作用，這本質(zhì)上是內(nèi)存碎片導(dǎo)致的。因?yàn)椋钦麄€(gè)內(nèi)存沒有使用過(guò)，否則該分配過(guò)程不能調(diào)用‘free'方法。但需要注意的是，內(nèi)存的使用不是根據(jù)你所創(chuàng)建和使用的對(duì)象來(lái)進(jìn)行排列。
2. 內(nèi)存增加也和上面討論的“Interning” 有關(guān)。

以我的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，減少python中內(nèi)存消耗的比例是可行的。在Datos IO中，我曾經(jīng)針對(duì)指定的內(nèi)存消耗進(jìn)程實(shí)現(xiàn)過(guò)一個(gè)工作模塊。對(duì)于序列化的工作單元，我們運(yùn)行了一個(gè)工作進(jìn)程。當(dāng)工作進(jìn)程完成后, 它會(huì)被移除了——這是返回系統(tǒng)全部?jī)?nèi)存的唯一可以有效方法 :)。好的內(nèi)存管理允許增加分配內(nèi)存的大小，即允許工作進(jìn)程長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

總結(jié)

我歸納了一些減少python進(jìn)程消耗內(nèi)存的技巧，當(dāng)我們?cè)诖a中尋找內(nèi)存泄漏時(shí)，一種方法是通過(guò)使用Heapy找出哪些Obj占用了較多內(nèi)存，然后通過(guò)使用Objgraph找出內(nèi)存被釋放的原因（除非你認(rèn)為他們本應(yīng)該被釋放）。

總的來(lái)說(shuō)，我覺得在python中尋找內(nèi)存問(wèn)題是一種修行。隨著時(shí)間的積累，對(duì)于系統(tǒng)中的內(nèi)存膨脹和泄漏問(wèn)題，你能產(chǎn)生一種直覺判斷，并能更快地解決它們。愿你在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)程中找到樂趣！

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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