php底层原理之垃圾回收机制

light 发布于2019-07-01 12:32 / 1515人阅读

摘要：总结垃圾回收机制以的引用计数机制为基础以前只有该机制同时使用根缓冲区机制，当发现有存在循环引用的时，就会把其投入到根缓冲区，当根缓冲区达到配置文件中的指定数量后，就会进行垃圾回收，以此解决循环引用导致的内存泄漏问题开始引入该机制

php垃圾回收机制，对于PHPer来说是一个不陌生但是又不是很熟悉的内容。那么php是怎么实现对不需要的内存进行回收的呢？

php变量的内部存储结构

首先还是需要了解下基础知识，便于垃圾回收原理内容的理解。大家都知道php是由C编写而成的，所以php变量的内部存储结构也会和C语言相关，即zval的结构体：

struct _zval_struct {
    union {
        long lval;
        double dval;
        struct {
            char *val;
            int len;
        } str;
        HashTable *ht;
        zend_object_value obj;
    } value;                    //变量value值
    zend_uint refcount__gc;   //引用计数内存中使用次数，为0删除该变量
    zend_uchar type;           //变量类型
    zend_uchar is_ref__gc;    //区分是否是引用变量
};

从上面结构体内容可以看出每一个php变量都会由变量类型、value值、引用计数次数和是否是引用变量四部分组成

注：上面zval结构体是php5.3版本之后的结构，php5.3之前因为没有引入新的垃圾回收机制，即GC，所以命名也没有_gc；而php7版本之后由于性能问题所以改写了zval结构，这里不再表述

引用计数原理

了解了php变量的内部存储结构之后，我们再了解下php变量赋值相关的原理和早期垃圾回收机制

变量容器 非array和object变量

每次将常量赋值给一个变量时，都会产生一个变量容器

举例：

$a = "许铮的技术成长之路";
xdebug_debug_zval("a")

结果：

a: (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路"

array和object变量

会产生元素个数+1的变量容器

举例：

$b = [
"name" => "许铮的技术成长之路",
"number" => 3
];
xdebug_debug_zval("b")

结果：

b: (refcount=1, is_ref=0)=array ("name" => (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路", "number" => (refcount=1, is_ref=0)=3)

赋值原理（写时复制技术）

了解了常量赋值之后，接下来我们从内存角度思考变量之间的赋值

举例：

$a = [
"name" => "许铮的技术成长之路",
"number" => 3
]; //创建一个变量容器，变量a指向给变量容器，a的ref_count为1
$b = $a; //变量b也指向变量a指向的变量容器，a和b的ref_count为2
xdebug_debug_zval("a", "b");
$b["name"] = "许铮的技术成长之路1";//变量b的其中一个元素发生改变，此时会复制出一个新的变量容器，变量b重新指向新的变量容器，a和b的ref_count变成1
xdebug_debug_zval("a", "b");

结果：

a: (refcount=2, is_ref=0)=array ("name" => (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路", "number" => (refcount=1, is_ref=0)=3)
b: (refcount=2, is_ref=0)=array ("name" => (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路", "number" => (refcount=1, is_ref=0)=3)
a: (refcount=1, is_ref=0)=array ("name" => (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路", "number" => (refcount=1, is_ref=0)=3)
b: (refcount=1, is_ref=0)=array ("name" => (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路1", "number" => (refcount=1, is_ref=0)=3)

所以，当变量a赋值给变量b的时候，并没有立刻生成一个新的变量容器，而是将变量b指向了变量a指向的变量容器，即内存"共享"；而当变量b其中一个元素发生改变时，才会真正发生变量容器复制，这就是写时复制技术

引用计数清0

当变量容器的ref_count计数清0时，表示该变量容器就会被销毁，实现了内存回收，这也是php5.3版本之前的垃圾回收机制

举例：

$a = "许铮的技术成长之路";
$b = $a;
xdebug_debug_zval("a");
unset($b);
xdebug_debug_zval("a");

结果：

a: (refcount=2, is_ref=0)="许铮的技术成长之路"
a: (refcount=1, is_ref=0)="许铮的技术成长之路"

循环引用引发的内存泄露问题

但是php5.3版本之前的垃圾回收机制存在一个漏洞，即当数组或对象内部子元素引用其父元素，而此时如果发生了删除其父元素的情况，此变量容器并不会被删除，因为其子元素还在指向该变量容器，但是由于所有作用域内都没有指向该变量容器的符号，所以无法被清除，因此会发生内存泄漏，直到该脚本执行结束

举例：

$a = array( "one" );
$a[] = &$a;
xdebug_debug_zval( "a" );

由于该示例不好输出结果，用图表示，如图：

举例：

unset($a);
xdebug_debug_zval("a");

如图：

新的垃圾回收机制

php5.3版本之后引入根缓冲机制，即php启动时默认设置指定zval数量的根缓冲区（默认是10000），当php发现有存在循环引用的zval时，就会把其投入到根缓冲区，当根缓冲区达到配置文件中的指定数量（默认是10000）后，就会进行垃圾回收，以此解决循环引用导致的内存泄漏问题

确认为垃圾的准则

1、如果引用计数减少到零，所在变量容器将被清除(free)，不属于垃圾
2、如果一个zval 的引用计数减少后还大于0，那么它会进入垃圾周期。其次，在一个垃圾周期中，通过检查引用计数是否减1，并且检查哪些变量容器的引用次数是零，来发现哪部分是垃圾。

总结

垃圾回收机制：
1、以php的引用计数机制为基础（php5.3以前只有该机制）
2、同时使用根缓冲区机制，当php发现有存在循环引用的zval时，就会把其投入到根缓冲区，当根缓冲区达到配置文件中的指定数量后，就会进行垃圾回收，以此解决循环引用导致的内存泄漏问题（php5.3开始引入该机制）

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