Python垃圾回收(gc)拖累了程序执行性能？

起因

前段时间，在做文本处理的实验时，需要预加载大量的原始数据（100W），在Python中使用的字典（dict）类型负责保存这些数据，很快就开发完成 了一个Demo版，然而程序执行的效率不是那么令人满意，通过使用Python中的profile发现，影响程序执行性能的关键语句就那么几条（用 dict保存加载后原始数据，这是个循环遍历。）

解决问题

既然找到了问题源，于是就勒起衣袖开始动手尝试使用各种解决方案替代效率不佳的，经过多次的反复尝试，调优的效果不太明显，最后一个idea：考虑Python垃圾回收机制的影响了，最后也证明了这个想法的靠谱程度，本文后续部分将分享调优的过程与测试结果。

浅谈Python垃圾回收机制

在使用C语言开发时代，我们的开发效率（生产力的问题）受牵制于内存释放、泄露等问题，于是普遍的口号---“指针好难学”。时过境迁，当今的流行的语言都配套了内存自动回收机制，从而使我们有更多的精力去纠结于业务上处理。
常用的垃圾回收（GC）算法有这几种引用计数(Reference Count)、Mark-Sweep、Copying、分代收集。在Python中使用的是前者引用计数，工作原理：为每个内存对象维护一个引用计数。因 此得知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（footprint），对于程序执行过程 中，额外的性能开销是令人可怕的，由于该算法的特性问题，因此无法避免了，那么我们只能成垃圾回收时机着手了。
谈到这里因此不得不谈谈垃圾回收的时机，根据官方的描叙，Python中，有2中方式将会触发垃圾回收：
1、用户显示调用gc.collect()
2、每次Python为新对象分配内存时，检查threshold阀值，当对象数量超过threshold设置的阀值就开始进行垃圾回收。

调优之前

为了便于描叙如前文所述的加载大量原始数据的问题，使用了虚假的数据，这部分程序片段完成的功能倒没有发生变化，以下是调优之前的程序片段：

data = range(1,5000000)
wdict = dict(zip(data,data))

使用time python test.py运行，我们可以看到以下结果（机器的差异，显示的结果也将不同）：

real    0m39.066s
user    0m26.422s
sys     0m12.313s

如果使用linux下的top命令，您将动态的看到内存的使用情况，该程序运行后将缓慢的吞噬内存，由于程序运行时的内存对象都是有效的，因此垃圾回收触 发时，无法释放这部分内存，而垃圾回收程序却在做无用功（达到threshold阀值），显而易见，程序的执行性能将大打折扣。那么我们的调优手段也就很 容易了，在程序片段运行的这段时间内禁止进行垃圾回收。

调优之后

以下是调优之后的程序片段（禁止程序片段的垃圾回收）：

import gc
gc.disable()
data = range(1,5000000)
wdict = dict(zip(data,data))
gc.enable()

使用time python test.py运行，我们可以看到以下结果（机器的差异，显示的结果也将不同）：

real    0m2.760s
user    0m1.208s
sys     0m1.532s

通过上面的运行结果对比，显而易见，调优后的程序性能明显大幅提升，如果使用Linux下的top命令，您将动态的看到内存的使用情况也是不同的，该程序运行后迅速的吞噬内存，对比调优之前的程序片段，减少了垃圾回收的频频触发。

总结

通过这次的调优体验，发现Python垃圾回收频频触发将会影响程序执行的性能，因此，正如很多同学所说，Python程序的执行速度慢是不是有垃圾回收机制的一份功劳呢？

评论

4 楼 jeffreydan 2011-05-14  

congdepeng 写道

写的很清楚 如果禁止垃圾回收 是否要考虑堆栈溢出的情况？会不会出现在禁止垃圾回收的这一段语句运行期，占用完了本进程所申请的堆栈内存？python会自动扩充默认堆栈内存吗？

在Python中一切都是对象，除了类型对象是静态初始化，其余的对象都是在堆上分配内存，因此不会出现您说的堆栈溢出。这种方案是空间换时间。

3 楼 wmjie 2011-05-13  

感谢分享，现在的机器内存很大的说，用空间换时间应该很划算 :-)

2 楼 wenjinglian 2011-05-11  

congdepeng 写道

写的很清楚 如果禁止垃圾回收 是否要考虑堆栈溢出的情况？会不会出现在禁止垃圾回收的这一段语句运行期，占用完了本进程所申请的堆栈内存？python会自动扩充默认堆栈内存吗？

写得不错，这个确实要考虑

1 楼 congdepeng 2011-05-03  

写的很清楚 如果禁止垃圾回收 是否要考虑堆栈溢出的情况？会不会出现在禁止垃圾回收的这一段语句运行期，占用完了本进程所申请的堆栈内存？python会自动扩充默认堆栈内存吗？