Pythonのガベージコレクションの仕組みを解説｜参照カウントとデストラクタの基本

Pythonでは、不要になったオブジェクト（組み込み型やクラスのインスタンスなど）が自動的に削除され、メモリ領域が解放されます。このように、使用されなくなったメモリブロックを定期的に解放・回収する仕組みのことを「ガベージコレクション（Garbage Collection）」と呼びます。

参照カウントによるメモリ管理

Pythonのガベージコレクタはプログラムの実行中に動作し、あるオブジェクトへの参照カウントがゼロになった時点で回収処理がトリガーされます。参照カウントとは、そのオブジェクトを指す別名（エイリアス）の数のことであり、エイリアスの増減に応じて変化します。

参照カウントが増えるのは、オブジェクトに新しい名前が割り当てられたとき、またはリスト・タプル・辞書などのコンテナに格納されたときです。逆に、del文で削除されたとき、参照先が別のオブジェクトに再代入されたとき、参照がスコープ外に出たときには、参照カウントが減少します。そして、参照カウントがゼロになると、Pythonはそのオブジェクトを自動的に回収します。

a = 40      # オブジェクト <40> を作成
b = a       # <40> の参照カウントが増加
c = [b]     # <40> の参照カウントがさらに増加
del a       # <40> の参照カウントが減少
b = 100     # <40> の参照カウントが減少
c[0] = -1   # <40> の参照カウントが減少

デストラクタ（__del__）の活用

通常、ガベージコレクタが孤立したインスタンスを破棄してメモリを回収しても、開発者がそれを意識することはありません。しかし、クラスに特殊メソッド__del__()（デストラクタ）を実装すると、インスタンスが破棄される直前にそのメソッドが呼び出されます。このメソッドは、ファイルハンドルやネットワーク接続など、メモリ以外のリソースの後始末を行うために利用できます。

サンプルコード

次の例では、__del__()デストラクタが、破棄されようとしているインスタンスのクラス名を出力します。

#!/usr/bin/python3
class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def __del__(self):
        class_name = self.__class__.__name__
        print(class_name, "destroyed")

pt1 = Point()
pt2 = pt1
pt3 = pt1
print(id(pt1), id(pt2), id(pt3))  # 各オブジェクトのIDを出力
del pt1
del pt2
del pt3

実行結果

上記のコードを実行すると、以下のような結果が出力されます。

3083401324 3083401324 3083401324
Point destroyed

補足：循環参照への対処

なお、CPythonの標準実装では、参照カウント方式に加えて、循環参照（互いに参照し合うオブジェクト同士）を検出して回収するための世代別ガベージコレクタも備えています。これにより、参照カウントだけでは回収できないオブジェクトのグループも適切に解放されるようになっています。