• PHP 垃圾回收机制详解


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    前言:之前对PHP的GC只是了解了个大概,这次详细了解下PHP的垃圾回收机制(GC)。
        介于网上大部分都是PHP5.X的GC,虽然 php5 到 php7 GC部分做出的改动较小,但我觉得还是一起写下来比较好

    一、原理

    php5和php7的垃圾回收机制都是利用引用计数

    二、php5和php7不同点

    1、PHP5标量数据类型会计数,PHP7标量数据类型不再计数,不需要单独分配内存
    2、PHP7的zval 需要的内存不再是单独从堆上分配,不再自己存储引用计数。
    3、PHP7的复杂数据类型(比如数组和对象)的引用计数由其自身来存储。

    三、变量在zval的变量容器中结构

    zval中,除了存储变量的类型和值之外,还有is_ref字段和refcount字段
        1、is_ref:是个bool值,用来区分变量是否属于引用集合。
        2、refcount:计数器,表示指向这个zval变量容器的变量个数。

    四、PHP5.3标量在zval容器例子

     注意:php5.3中将一个变量 = 赋值给另一个变量时,不会立即为新变量分配内存空间,而是在原变量的zval中给refcount加1。只有当原变量或者发生改变时,才会为新变量分配内存空间,同时原变量的refcount减 1 。当然,如果unset原变量,新变量直接就使用原变量的zval而不是重新分配。&引用赋值时,原变量的is_ref  加1.  如果给一个变量&赋值,之前 = 赋值的变量会分配空间。

    <?php
    $a = 1;
    xdebug_debug_zval('a');
    echo PHP_EOL;
    $b = $a;
    xdebug_debug_zval('a');
    echo PHP_EOL;
     
    $c = &$a;
    xdebug_debug_zval('a');
    echo PHP_EOL;
     
    xdebug_debug_zval('b');
    echo PHP_EOL;
    
    
    结果如下:
    a:(refcount=1, is_ref=0),int 1
    a:(refcount=2, is_ref=0),int 1
    a:(refcount=2, is_ref=1),int 1
    b:(refcount=1, is_ref=0),int 1 
    

    五、PHP7.X 标量在zval容器例子

    <?php
    $a = 1;
    xdebug_debug_zval('a');
    echo PHP_EOL;
    $b = $a;
    xdebug_debug_zval('a');
    
    
    结果如下:可以看到标量(布尔,字符串,整形,浮点型)不再计数了
    

    六、PHP5.3复合类型数组和对象在zval容器例子

    <?php
    $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
    xdebug_debug_zval( 'a' );
    echo PHP_EOL;
    class Test{
        public $a = 1;
        public $b = 2;
         
        function handle(){
            echo 'hehe';
        }
    }
     
    $test = new Test();
    xdebug_debug_zval('test');
    
    结果如下:可以看出,数组用了比数组长度多1个zval存储。数组分配了三个zval容器:a   meaning  number
    
    a:(refcount=1, is_ref=0),array
      'meaning' => (refcount=1, is_ref=0),
    string'life' (length=4)  'number' => (refcount=1, is_ref=0),
    int 42
    test:(refcount=1, is_ref=0),object(Test)[1]
      public 'a' => (refcount=2, is_ref=0),
    int 1  public 'b' => (refcount=2, is_ref=0),
    int2
    

    七、PHP7.X复合类型数组和对象在zval容器例子

    <?php
    
    
    $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
    xdebug_debug_zval( 'a' );
    echo PHP_EOL;
    class Test{
        public $a = 1;
        public $b = 2;
         
        function handle(){
            echo 'hehe';
        }
    }
     
    $test = new Test();
    xdebug_debug_zval('test');
    
    结果如下:可以明显的看到数组a的refcount=2,后经测试发现数组的refcount都是从2开始的
    

    八、循环引用问题

      1、PHP7.1效果

    <?php
    
    
    $a = array('life');
    xdebug_debug_zval( 'a' );
    echo PHP_EOL;
    $a[] = &$a;
    xdebug_debug_zval('a');
    

    可以看到,箭头方向表示的就是递归循环引用了

      2、再看看5.3的效果

       

    说明:在5.2及更早版本的PHP中,没有专门的垃圾回收器GC(Garbage Collection),引擎在判断一个变量空间是否能够被释放的时候是依据这个变量的zval的refcount的值,
       如果refcount为0,那么变量的空间可以被释放,否则就不释放,这是一种非常简单的GC实现。现在unset ($a),那么array的refcount减1变为1.现在无任何变量指向这个zval,
       而且这个zval的计数器为1,不会回收。
    
    结果:尽管不再有某个作用域中的任何符号指向这个结构(就是变量容器),由于子元素“1”仍然指向数组本身,所以这个容器不能被清除 。
       因为没有另外的符号指向它,用户没有办法清除这个结构,结果就会导致内存泄漏。
    
    在php5.3的GC中,针对的垃圾做了如下说明:
        1:如果一个zval的refcount增加,那么此zval还在使用,肯定不是垃圾,不会进入缓冲区
        2:如果一个zval的refcount减少到0, 那么zval会被立即释放掉,不属于GC要处理的垃圾对象,不会进入缓冲区。
    3:如果一个zval的refcount减少之后大于0,那么此zval还不能被释放,此zval可能成为一个垃圾,将其放入缓冲区。PHP5.3中的GC针对的就是这种zval进行的处理。
    
    开启/关闭:垃圾回收机制可以通过修改php配置实现,也可以在程序中使用gc_enable() 和 gc_disable()开启和关闭。

    九、垃圾回收算法

    1、对每个根缓冲区中的根zval按照深度优先遍历算法遍历所有能遍历到的zval,并将每个zval的refcount减1,同时为了避免对同一zval多次减1(因为可能不同的根能遍历到同一个zval),
      每次对某个zval减1后就对其标记为“已减”。
    
    2、再次对每个缓冲区中的根zval深度优先遍历,如果某个zval的refcount不为0,则对其加1,否则保持其为0。
    
    3、清空根缓冲区中的所有根(注意是把这些zval从缓冲区中清除而不是销毁它们),然后销毁所有refcount为0的zval,并收回其内存。
    
    如果不能完全理解也没有关系,只需记住PHP5.3的垃圾回收算法有以下几点特性:
    
    1、并不是每次refcount减少时都进入回收周期,只有根缓冲区满额后在开始垃圾回收。
    2、可以解决循环引用问题。
    3、可以总将内存泄露保持在一个阈值以下。
    

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