[Python] 가비지 컬렉션(Garbage Collection): 객체를 삭제하려면?

TL;DR 📌

1. del은 객체(objects)를 삭제하는 것이 아니라 참조(references)를 삭제한다.
2. 파이썬에서 object는 명시적으로 제거되지 않으며, object가 unreachable 해지면 자동으로 garbage-collected 된다.
3. CPython의 가비지 컬렉터(garbage collector)는 reference counting 기반으로 동작한다. 어떤 object의 refcount가 0에 도달하면 해당 object는 곧바로 제거된다.
4. weakref.finalize 함수를 이용하여 object가 제거될 때 호출될 callback function을 등록할 수 있다. 이는 weak references를 이용한다.

del과 객체의 삭제 시점

파이썬에서 더 이상 사용하지 않을 object를 삭제하려는 목적으로 del을 사용해 본 경험이 종종 있을 것이다.

하지만 del은 객체(objects) 자체를 삭제하는 것이 아니라, 해당 객체에 대한 참조(references)를 삭제한다.

del은 function이 아니라 statement이다. 따라서 del(x)이 아니라 del x라고 작성한다. 하지만 del(x)이라고 작성해도 동작은 한다.

그렇다면 실제로 object가 삭제되는 것은 언제일까?

이는 해당 object에 대한 모든 reference가 삭제되어 그 object가 unreachable해졌을 때이다!

가비지 컬렉션(Garbage Collection) (w/ Reference Counting)

CPython에서 사용하는 primary algorithm for garbage collection이다.

파이썬의 가비지 컬렉터(garbage collector)는 삭제된 변수가 어떤 object의 마지막 참조(last reference)이면, 즉 참조의 개수가 0에 도달하면 해당 object를 메모리로부터 제거한다.

이때, 어떤 object의 참조의 개수가 감소하는 경우는 다음의 두 가지 경우가 있다.

1. del statement로 reference를 삭제하는 경우

2. 변수를 rebind 하는 경우

   이미 존재하던 변수에 새로운 값을 할당하는 것은 bind 된 object 자체를 바꾸는 것이 아니라, 다른 object로 bind 하는 것이다(→ rebinding). rebinding 시, 그 variable이 last reference였다면 해당 object는 garbage collected 된다.

파이썬에서 각 object는 자신을 가리키고 있는 참조의 개수(= refcount)를 가지고 있으며, 이 refcount가 0에 도달하면 해당 object는 곧바로 제거된다. 그리고 이러한 동작을 가비지 컬렉션(garbage collection)이라 한다.

파이썬의 구현체별 가비지 컬렉션의 동작

• CPython:
  • reference counting 방법으로 수행된다. 이 방법은 구현이 간단하지만 reference cycle이 있을 때는 memory leak이 발생하기 쉽다.
  • __del__ method(object에 defined 된 경우)를 호출하고, object에 할당된 memory를 free 시킨다.
• CPython 2.0:
  • generational garbage collector를 도입하여 reference cycle로 인해 keep alive 되는 unreachable objects를 dispose 할 수 있도록 하였다.
  • reference cycle이란, outstanding reference를 통해서도 unreachable하며, 모든 mutual references가 group 내에서만 존재하는 것을 의미한다.
• 그 외: reference counting에 의존하지 않는 garbage collector를 사용하기도 한다.

파일을 close 할 때는 reference counting에 의존하지 않고 explicitly 하게 close 하는 것을 권장한다.

→ with statement를 사용하여 file이 open 중에 exception이 발생했더라도 closed 된다는 것을 보장한다.

with open("test.txt", "wt", encoding="utf-8") as fp:
    fp.write("1, 2, 3")

weakref.finalize

weakref.finalize는 객체가 제거될 때 호출될 callback function을 등록하는 함수이다. 이 함수는 어떤 원리로 동작할까?

• finalize function으로 전달되는 s1 reference는 해당 target object({1, 2, 3})를 monitor 하고 callback을 호출하기 위해서 전달된다.

• finalize는 reference에 해당하는 target object의 weak reference를 가지고 있다.

  weak references

  • target object의 reference count를 증가시키지 않는다. 즉, target object가 garbage collected 되는 것을 방지하지 않는다. (→ do not keep an object alive)
  • caching application에서 유용하게 사용된다.

• weakref 모듈은 WeakValueDictionary, WeakKeyDictionary, WeakSet 등의 collection도 제공한다.

References

• “Fluent Python (2nd Edition)”, Ch06. Object References, Mutability, and Recycling