Как сборщик мусора Python обрабатывает циклические ссылки между объектами

Что проверяют

Знаете ли вы, что в CPython два механизма, и понимаете ли, как именно находится цикл. Следом спрашивают, как искать утечку, если память всё равно растёт.

Как отвечать

Основа это подсчёт ссылок: счётчик лежит в заголовке объекта, sys.getrefcount() его показывает (плюс временная ссылка от самого вызова). При обнулении объект освобождается сразу, и __del__ срабатывает предсказуемо. Цикл, например родитель со списком детей, у каждого из которых ссылка на родителя, до нуля не дойдёт.

Для циклов есть отдельный сборщик:

• кого обходит: только контейнеры с tp_traverse, то есть списки, словари, экземпляры классов. Проверить объект можно через gc.is_tracked();
• алгоритм: счётчики набора контейнеров копируются в служебное поле, затем каждая ссылка изнутри набора уменьшает копию. Ненулевой остаток значит внешнюю ссылку: объект и всё достижимое от него живы. Остальное недостижимо и удаляется, до этого обрабатываются слабые ссылки и финализаторы;
• поколения: молодые объекты проверяются чаще, пережившие сборку переходят в старшее поколение. Запуск привязан к разнице между выделениями и освобождениями контейнеров, пороги читает gc.get_threshold() и меняет gc.set_threshold();
• финализаторы: начиная с 3.4 (PEP 442) циклы с __del__ собираются, а не оседают в gc.garbage.

Практика: разрывать естественные циклы через weakref, например обратную ссылку на родителя или WeakValueDictionary для кеша. Для поиска утечек подходят tracemalloc со сравнением снимков, gc.get_referrers() и objgraph. В prefork-серверах gc.freeze() (3.7+) до fork() переносит объекты в постоянное поколение, и сборщик не ломает copy-on-write.

Где спотыкаются

Описывают классический mark-and-sweep от глобальных переменных и стека. CPython не знает всех корней, ссылки держат и C-расширения, поэтому он вычитает внутренние ссылки.

Лечат утечку вызовом gc.collect(). Если объект достижим из живого кеша или глобального списка, сборщик его правильно не трогает.

Отключают gc ради скорости и забывают, что код с циклами, например ORM-модели с обратными связями или сохранённые исключения с traceback, начнёт копить память.