深入瞭解PHP的垃圾回收機制

一、參照計數基礎知識

每個php變數存在一個叫 zval 的變數容器中。

一個 zval 變數容器，除了包含變數的型別和值，還包括兩個位元組的額外資訊。

第一個是 is_ref，是個bool值，用來標識這個變數是否是屬於參照集合。通過這個位元組，php引擎才能把普通變數和參照變數區分開來，由於php允許使用者通過使用&來使用自定義參照，zval變數容器中還有一個內部參照計數機制，來優化記憶體使用。

第二個額外位元組是 refcount，用以表示指向這個zval變數容器的變數個數。

所有的符號存在一個符號表中，其中每個符號都有作用域(scope)，那些主指令碼(比如：通過瀏覽器請求的的指令碼)和每個函數或者方法也都有作用域。

二、生成zval容器

當一個變數被賦常數值時，就會生成一個zval變數容器

如果安裝了Xdebug，則可以通過 xdebug_debug_zval() 檢視這兩個

<?php
$a = "new string";
xdebug_debug_zval('a');
 
//結果
a: (refcount=1, is_ref=0)='new string'

三、增加zval的參照計數

把一個變數賦值給另一變數將增加參照次數

<?php
$a = "new string";
$b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
 
//結果
a: (refcount=2, is_ref=0)='new string'

四、減少zval參照計數

使用 unset() 可以減少參照次數 

包含型別和值的這個變數容器就會從記憶體中刪除

<?php
$a = "new string";
$c = $b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
unset( $b, $c );
xdebug_debug_zval( 'a' );
 
//結果
a: (refcount=3, is_ref=0)='new string'
a: (refcount=1, is_ref=0)='new string'

五、複合型別的zval容器

• 與 標量(scalar)型別的值不同
• array和 object型別的變數把它們的成員或屬性存在自己的符號表中
• 這意味著下面的例子將生成三個zval變數容器
• 這三個zval變數容器是: a，meaning和 number

<?php
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );
 
//結果
a: (refcount=1, is_ref=0)=array (
   'meaning' => (refcount=1, is_ref=0)='life',
   'number' => (refcount=1, is_ref=0)=42
)

六、增加複合型別的參照計數

新增一個已經存在的元素到陣列中

<?php
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
$a['life'] = $a['meaning'];
xdebug_debug_zval( 'a' );
 
//結果
a: (refcount=1, is_ref=0)=array (
   'meaning' => (refcount=2, is_ref=0)='life',
   'number' => (refcount=1, is_ref=0)=42,
   'life' => (refcount=2, is_ref=0)='life'
)

七、減少複合型別的參照計數

刪除陣列中的一個元素

就是類似於從作用域中刪除一個變數.

刪除後，陣列中的這個元素所在的容器的“refcount”值減少

<?php
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
$a['life'] = $a['meaning'];
unset( $a['meaning'], $a['number'] );
xdebug_debug_zval( 'a' );
 
//結果
a: (refcount=1, is_ref=0)=array (
   'life' => (refcount=1, is_ref=0)='life'
)

八、特殊情況

當我們新增一個陣列本身作為這個陣列的元素時，事情就變得有趣 

同上，對一個變數呼叫unset，將刪除這個符號，且它指向的變數容器中的參照次數也減1

<?php
$a = array( 'one' );
$a[] = &$a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
 
//結果
a: (refcount=2, is_ref=1)=array (
   0 => (refcount=1, is_ref=0)='one',
   1 => (refcount=2, is_ref=1)=...
)

九、清理變數容器的問題

儘管不再有某個作用域中的任何符號指向這個結構(就是變數容器)，由於陣列元素“1”仍然指向陣列本身，所以這個容器不能被清除 。

因為沒有另外的符號指向它，使用者沒有辦法清除這個結構，結果就會導致記憶體漏失。

慶幸的是，php將在指令碼執行結束時清除這個資料結構，但是在php清除之前，將耗費不少記憶體。

如果上面的情況發生僅僅一兩次倒沒什麼，但是如果出現幾千次，甚至幾十萬次的記憶體漏失，這顯然是個大問題

十、回收週期

像以前的 php 用到的參照計數記憶體機制，無法處理迴圈的參照記憶體漏失

而在php 5.3.0 中使用同步演演算法，來處理這個記憶體漏失問題

如果一個參照計數增加，它將繼續被使用，當然就不再在垃圾中。

如果參照計數減少到零，所在變數容器將被清除(free)

就是說，僅僅在參照計數減少到非零值時，才會產生垃圾週期

在一個垃圾週期中，通過檢查參照計數是否減1，並且檢查哪些變數容器的參照次數是零，來發現哪部分是垃圾

十一、回收演演算法分析

為避免不得不檢查所有參照計數可能減少的垃圾週期

這個演演算法把所有可能根(possible roots 都是zval變數容器),放在根緩衝區(root buffer)中(用紫色來標記，稱為疑似垃圾)，這樣可以同時確保每個可能的垃圾根(possible garbage root)在緩衝區中只出現一次。僅僅在根緩衝區滿了時，才對緩衝區內部所有不同的變數容器執行垃圾回收操作。看上圖的步驟 A。

在步驟 B 中，模擬刪除每個紫色變數。模擬刪除時可能將不是紫色的普通變數參照數減"1"，如果某個普通變數參照計數變成0了，就對這個普通變數再做一次模擬刪除。每個變數只能被模擬刪除一次，模擬刪除後標記為灰

在步驟 C 中，模擬恢復每個紫色變數。恢復是有條件的，當變數的參照計數大於0時才對其做模擬恢復。同樣每個變數只能恢復一次，恢復後標記為黑，基本就是步驟 B 的逆運算。這樣剩下的一堆沒能恢復的就是該刪除的藍色節點了，在步驟 D 中遍歷出來真的刪除掉

十二、效能考慮

主要有兩個領域對效能有影響

第一個是記憶體佔用空間的節省

另一個是垃圾回收機制釋放已洩漏的記憶體耗費的時間增加

十三、垃圾回收機制的結論

PHP中的垃圾回收機制，僅僅在迴圈回收演演算法確實執行時會有時間消耗上的增加。但是在平常的(更小的)指令碼中應根本就沒有效能影響。

然而，在平常指令碼中有迴圈回收機制執行的情況下，記憶體的節省將允許更多這種指令碼同時執行在你的伺服器上。因為總共使用的記憶體沒達到上限。

這種好處在長時間執行指令碼中尤其明顯，諸如長時間的測試套件或者daemon指令碼此類。

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