PHP中的垃圾回收机制

PHP5的Zval容器

struct _zval_struct {
    union {
        long lval;
        double dval;
        struct {
            char *val;
            int len;
        } str;
        HashTable *ht;
        zend_object_value obj;
        zend_ast *ast;
    } value;     /* 变量的值 */
    zend_uint refcount__gc; /* 引用次数 */
    zend_uchar type;        /* 变量当前的数据类型 */
    zend_uchar is_ref__gc;  /* 是否是属于引用集合 */
};

PHP7的Zval容器

struct _zval_struct {
    union {
        zend_long         lval;             /* long value */
        double            dval;             /* double value */
        zend_refcounted  *counted;
        zend_string      *str;
        zend_array       *arr;
        zend_object      *obj;
        zend_resource    *res;
        zend_reference   *ref;
        zend_ast_ref     *ast;
        zval             *zv;
        void             *ptr;
        zend_class_entry *ce;
        zend_function    *func;
        struct {
            uint32_t w1;
            uint32_t w2;
        } ww;
    }  value; /* 变量的值 */
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    type,         /* active type */
                zend_uchar    type_flags,
                zend_uchar    const_flags,
                zend_uchar    reserved)     /* call info for EX(This) */
        } v;    /* 简化赋值， 四个字符变量的结构体 */
        uint32_t type_info;   /* 类型信息 */
    } u1;
    union {
        uint32_t     var_flags;
        uint32_t     next;                 /* hash碰撞链 */
        uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
        uint32_t     lineno;               /* 行号(AST,对象生成树槽点) */
        uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
        uint32_t     fe_pos;               /* foreach位置 */
        uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach迭代器索引 */
    } u2;
};

PHP引用计数基本知识点

• 当一个变量被赋常量值时，就会生成一个zval变量容器。
• unset并非一定会释放内存，当有两个变量指向的时候，并非会释放变量占用的内存，只是refcount减1.

<PHP7

• php变量存在一个叫"zval"的变量容器中， zval变量容器，除了包含变量的类型和值，还包括两个字节的额外信息。第一个是"is_ref"，是个bool值，用来标识这个变量是否是属于引用集合(reference set)，通过这个字节，php引擎才能把普通变量和引用变量区分开来，由于php允许用户通过使用&来使用自定义引用，zval变量容器中还有一个内部引用计数机制，来优化内存使用。第二个额外字节是"refcount"，用以表示指向这个zval变量容器的变量(也称符号即symbol)个数。所有的符号存在一个符号表中，其中每个符号都有作用域(scope)。

>PHP7

• PHP变量容器"zval"中，zval_value 结构体中包含zend_refcounted、zend_reference分别替代了refcount，is_ref

内存管理机制

内存申请与释放设计

• 对于php的核心结构Hashtable来说，由于未知性，定义的时候不可能一次性分配足够多的内存块。所以初始化的时候只会分配一小块，等不够的时候在进行扩容，而Hashtable只扩容不减少。
• php并非简单的向os申请内存，而是会申请一大块内存，把其中一部分分给申请者，这样当再有逻辑来申请内存的时候，就不需要向os申请了，避免了频繁调用。当内存不够的时候才会再次申请。
• 当释放内存的时候，php并非会把内存还给os，而是把内存轨道自己维护的空闲内存列表，以便重复利用。

内存的分配做了两件事情

• 1.为变量名分配内存，存入符号表
• 2.为变量值分配内存

垃圾定义

• 判断有没有任何变量名指向变量容器zval, 如果没有则认为是垃圾，需要释放。
• 当变量容器zval中的refcount=0时，表示没有变量名指向该容器。

内存泄漏

环形引用

<?php
    $a = ['one'];
    $a[] = &$a;
    xdebug_debug_zval('a');
    /**
     (refcount=2, is_ref=1),
        array (size=2)
          0 => (refcount=1, is_ref=0),string 'one' (length=3)
          1 => (refcount=2, is_ref=1),
     */

处理垃圾内存

<PHP5.3

在一个垃圾回收周期内，在变量容器列表，变量容器zval中refcout=0即执行垃圾回收。

>PHP5.3 && <PHP7

<?php
    $a = ['one']; //--- zval_a（将$a对应的zval，命名为zval_a）
    $a[] = &$a;   //--- step1
    unset($a);    //--- step2

判断处理过程

• 1.如果一个zval的refcount增加，那么此zval还在使用，不属于垃圾
• 2.如果一个zval的refcount减少到0， 那么zval可以被释放掉，不属于垃圾
• 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

仅当因此出现第3种情况时进行如下操作

• zval容器放入缓冲区
  • 直接将此zval节点放入一个节点(root)缓冲区(root buffer),并且将这些zval节点标记成紫色。
• 预减操作(子zval节点refcount减1)
  • 当缓冲区被节点塞满的时候(或者进入垃圾回收周期)，GC才开始开始对缓冲区中的zval节点进行垃圾判断。
  • 垃圾判断算法以深度优先对节点所包含的zval进行减1操作，为了确保不会对同一个zval的refcount重复执行减1操作，一旦zval的refcount减1之后会将zval标记成灰色。在此期间，起初节点zval本身不做减1操作，但是如果节点zval中包含的zval又指向了节点zval（环形引用），那么这个时候需要对节点zval进行减1操作。
• 垃圾判断
  • 算法再次以深度优先判断每一个节点包含的zval的值，如果zval的refcount等于0，那么将其标记成白色(代表垃圾)，如果zval的refcount大于0，那么将对此zval以及其包含的zval进行refcount加1操作，这个是对非垃圾的还原操作，同时将这些zval的颜色变成黑色（zval的默认颜色属性）。
• 释放垃圾
  • 遍历zval节点，将垃圾判断过程中标记成白色的节点zval释放掉。

相关函数

• gc_enable() : 开启GC
• gc_disable() : 关闭GC
• gc_collect_cycles() : 在节点缓冲区未满的情况下强制执行垃圾分析算法

总结：

1. 在进行unset操作时,unset只是断开一个变量到一块内存区域的连接, 同时将该内存区域(变量容器zval)的引用计数(refount, php7叫zend_refcounted)进行-1。
2. 如果引用计数已经到0， 则立刻进行该变量的回收。如果引用计数大于0, 则把改变量放入根缓存区。
3. 当根缓存区满了的时候或者进入垃圾回收周期，启用gc算法判断是否为垃圾。
4. 对于一个包含环形引用的数组，对数组中包含的每个元素的zval进行减1操作后，再次遍历如果发现数组自身的zval的refcount变成了0，那么可以判断这个数组是一个垃圾。