# 8.23 循环引用数据结构的内存管理

## 问题

你的程序创建了很多循环引用数据结构(比如树、图、观察者模式等)，你碰到了内存管理难题。

## 解决方案

一个简单的循环引用数据结构例子就是一个树形结构，双亲节点有指针指向孩子节点，孩子节点又返回来指向双亲节点。 这种情况下，可以考虑使用 `weakref` 库中的弱引用。例如：

```python
import weakref

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self._parent = None
        self.children = []

    def __repr__(self):
        return 'Node({!r:})'.format(self.value)

    # property that manages the parent as a weak-reference
    @property
    def parent(self):
        return None if self._parent is None else self._parent()

    @parent.setter
    def parent(self, node):
        self._parent = weakref.ref(node)

    def add_child(self, child):
        self.children.append(child)
        child.parent = self
```

这种是想方式允许parent静默终止。例如：

```python
>>> root = Node('parent')
>>> c1 = Node('child')
>>> root.add_child(c1)
>>> print(c1.parent)
Node('parent')
>>> del root
>>> print(c1.parent)
None
```

## 讨论

循环引用的数据结构在Python中是一个很棘手的问题，因为正常的垃圾回收机制不能适用于这种情形。

原因是Python的垃圾回收机制是基于简单的引用计数。 当一个对象的引用数变成0的时候才会立即删除掉。而对于循环引用这个条件永远不会成立。

Python有另外的垃圾回收器来专门针对循环引用的，但是你永远不知道它什么时候会触发。 另外你还可以手动的触发它，但是代码看上去很挫：

```python
>>> import gc
>>> gc.collect() # Force collection
Data.__del__
Data.__del__
```

如果循环引用的对象自己还定义了自己的 `__del__()` 方法，那么会让情况变得更糟糕。

```python
# Node class involving a cycle
class Node:
    def __init__(self):
        self.data = Data()
        self.parent = None
        self.children = []

    def add_child(self, child):
        self.children.append(child)
        child.parent = self

    # NEVER DEFINE LIKE THIS.
    # Only here to illustrate pathological behavior
    def __del__(self):
        del self.data
        del.parent
        del.children
```

这种情况下，垃圾回收永远都不会去回收这个对象的，还会导致内存泄露。

弱引用消除了引用循环的这个问题，本质来讲，弱引用就是一个对象指针，它不会增加它的引用计数。 你可以通过 `weakref` 来创建弱引用。例如：

```python
>>> import weakref
>>> a = Node()
>>> a_ref = weakref.ref(a)
>>> a_ref
<weakref at 0x100581f70; to 'Node' at 0x1005c5410>
```

为了访问弱引用所引用的对象，你可以像函数一样去调用它即可。如果那个对象还存在就会返回它，否则就返回一个None。 由于原始对象的引用计数没有增加，那么就可以去删除它了。


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# Agent Instructions: Querying This Documentation

If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question.

Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter:

```
GET https://l1nwatch.gitbook.io/python-cookbook/di-8-zhang-lei-yu-dui-xiang/8.23-xun-huan-yin-yong-shu-ju-jie-gou-de-nei-cun-guan-li.md?ask=<question>
```

The question should be specific, self-contained, and written in natural language.
The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation.

Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.