Python 垃圾回收机制是解释器自动管理内存的核心模块，主要负责识别程序里不再被使用的对象，回收对应的内存空间，避免内存持续占用造成内存溢出。它并不是单一算法，而是由引用计数为主，标记清除和分代回收为辅的组合方案，引用计数负责实时回收大部分对象，标记清除专门解决循环引用无法释放的问题，分代回收用来降低全量扫描带来的性能损耗。之所以需要这套组合机制，是因为 Python 属于高级解释型语言，开发者不需要手动调用 free 释放内存，但是单纯引用计数算法有明显短板，遇到两个对象互相引用的时候，引用计数永远不会降到零，对象就一直无法释放，长期运行的服务就会出现内存泄漏，所以 Python 才额外增加另外两套回收算法做补充，兼顾实时性和处理循环引用的能力。
核心基础 引用计数
每一个 Python 对象内部都保存一个计数字段，记录当前这个对象被多少变量 容器元素 函数参数引用。只要有新引用指向这个对象，计数加一，引用被删除或者变量重新赋值，计数减一。当计数变成 0 的时候，解释器立刻触发销毁，释放这块内存。
优点是响应实时，回收动作马上执行，实现逻辑简单。
缺点是维护计数本身有额外开销，最大缺陷就是无法处理循环引用，也就是 A 引用 B，B 又引用 A，哪怕外部已经没有任何变量指向 A 和 B，两者计数依然大于 0，对象不会自动回收。
标记清除算法
标记清除专门处理循环引用，只针对容器类对象生效，比如列表 字典 实例对象 元组这类可以包含其他对象引用的类型，整数 字符串这类基础不可变对象不参与标记清除。
执行流程分为两个阶段，第一阶段标记，从根对象集合出发，沿着引用链遍历所有可达对象，把可达对象标记成存活。第二阶段清除，遍历之后没有被标记的对象，判定为不可达对象，如果存在循环引用就直接销毁回收内存。
标记清除不是一直运行，是在满足触发条件的时候才启动扫描，减少频繁扫描带来的 CPU 消耗。
分代回收机制
分代回收是在标记清除基础上做性能优化，核心思路是根据对象存活时间划分不同代，Python 一共分为三代，编号 0 代 1 代 2 代。新创建对象默认放在 0 代，对象熬过一次垃圾回收，就晋升到下一代。存活时间越久的对象，被扫描的频率越低。
原理依据是程序里大部分对象生命周期很短，刚创建很快就销毁，长期存活的对象大概率还会继续使用，不需要反复扫描。每一代都设置独立的阈值，当这一代新增对象数量减去回收对象数量超过阈值，就触发对应代的垃圾回收。0 代扫描最频繁，2 代扫描频率最低，大幅降低长时间运行项目的扫描开销。
垃圾回收触发时机
第一种 引用计数归零，立刻自动回收，不需要等待分代回收。
第二种 分代回收达到阈值，自动触发标记清除。
第三种 手动调用 gc 模块的 collect 函数，主动强制执行垃圾回收，适合大批量临时对象创建之后，手动释放内存。
第四种 解释器退出的时候，执行全局清理，回收剩余所有对象。
gc 模块常用操作表格
| 操作 | 作用 | 适用场景 |
|---|---|---|
| gc.enable | 开启分代垃圾回收 | 默认开启，被关闭之后重新启用 |
| gc.disable | 关闭分代垃圾回收 | 对性能要求极高，确认没有循环引用的程序 |
| gc.collect | 手动触发垃圾回收 | 批量生成对象之后，主动释放循环引用内存 |
| gc.get_threshold | 查看三代回收阈值 | 调优回收触发频率 |
| gc.set_debug | 开启回收调试日志 | 排查内存泄漏，观察回收对象 |
实践注意事项
开启分代回收虽然解决循环引用，但是扫描过程会短暂占用 CPU，长时间运行的后端服务如果频繁触发，会出现偶发卡顿。可以通过调整三代阈值，或者在业务低峰期手动执行 gc.collect。如果业务确定不存在循环引用，也可以关闭分代回收，只保留引用计数。还要区分内存泄漏和正常缓存，很多项目会主动保存对象做缓存，这类对象引用计数一直大于 0，不属于垃圾，垃圾回收机制不会回收，不要误判成回收失效。
【常见问题】
问题 1 Python 垃圾回收机制为什么不能只使用引用计数
回答 1 Python 垃圾回收机制如果只使用引用计数，遇到对象之间循环引用的时候，引用计数永远无法降到零，对象内存一直无法释放，长期运行就会产生内存泄漏，所以才增加标记清除和分代回收作为补充方案。
问题 2 Python 垃圾回收机制里面分代回收扫描哪些对象
回答 2 Python 垃圾回收机制的分代回收依托标记清除逻辑，只扫描列表字典类实例这类容器对象，整数字符串这类基础不可变对象不参与分代回收扫描。
问题 3 Python 垃圾回收机制手动调用 gc.collect 有什么副作用
回答 3 Python 垃圾回收机制手动调用 gc.collect 会立刻执行标记清除扫描，扫描过程占用 CPU 资源，如果在高并发业务高峰期调用，容易造成业务响应延迟，一般推荐放在业务空闲时段执行。
问题 4 Python 垃圾回收机制关闭之后是不是就不会回收内存
回答 4 Python 垃圾回收机制关闭的只是分代回收也就是标记清除模块，引用计数仍然正常工作，引用计数归零的对象依旧会立刻释放内存，只是循环引用的对象不再自动回收。
【免责申明】
本文内容仅作为 Python 垃圾回收机制详解的技术参考，不同 Python 版本底层实现细节存在差异，调优垃圾回收参数需要结合项目实际压测验证，本文不保证所有业务场景完全适配，修改回收策略造成的性能波动或者内存异常需要自行承担相关风险。