php底層原理之垃圾回收機制

許錚的成長之路發表於2019-03-03
PHP

php垃圾回收機制，對於PHPer來說是一個不陌生但是又不是很熟悉的內容。那麼php是怎麼實現對不需要的記憶體進行回收的呢？

php變數的內部儲存結構

首先還是需要了解下基礎知識，便於垃圾回收原理內容的理解。大家都知道php是由C編寫而成的，所以php變數的內部儲存結構也會和C語言相關，即zval的結構體：

struct _zval_struct {
	union {
		long lval;
		double dval;
		struct {
			char *val;
			int len;
		} str;
		HashTable *ht;
		zend_object_value obj;
	} value;					//變數value值
	zend_uint refcount__gc;   //引用計數記憶體中使用次數，為0刪除該變數
	zend_uchar type;		   //變數型別
	zend_uchar is_ref__gc;    //區分是否是引用變數
};
複製程式碼

從上面結構體內容可以看出每一個php變數都會由變數型別、value值、引用計數次數和是否是引用變數四部分組成

注：上面zval結構體是php5.3版本之後的結構，php5.3之前因為沒有引入新的垃圾回收機制，即GC，所以命名也沒有_gc；而php7版本之後由於效能問題所以改寫了zval結構，這裡不再表述

引用計數原理

瞭解了php變數的內部儲存結構之後，我們再瞭解下php變數賦值相關的原理和早期垃圾回收機制

變數容器

非array和object變數

每次將常量賦值給一個變數時，都會產生一個變數容器

舉例：

$a = '許錚的技術成長之路';
xdebug_debug_zval('a')
複製程式碼

結果：

a: (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路'
複製程式碼

array和object變數

會產生元素個數+1的變數容器

舉例：

$b = [
'name' => '許錚的技術成長之路',
'number' => 3
];
xdebug_debug_zval('b')
複製程式碼

結果：

b: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
複製程式碼

賦值原理（寫時複製技術）

瞭解了常量賦值之後，接下來我們從記憶體角度思考變數之間的賦值

舉例：

$a = [
'name' => '許錚的技術成長之路',
'number' => 3
]; //建立一個變數容器，變數a指向給變數容器，a的ref_count為1
$b = $a; //變數b也指向變數a指向的變數容器，a和b的ref_count為2
xdebug_debug_zval('a', 'b');
$b['name'] = '許錚的技術成長之路1';//變數b的其中一個元素髮生改變，此時會複製出一個新的變數容器，變數b重新指向新的變數容器，a和b的ref_count變成1
xdebug_debug_zval('a', 'b'); 
複製程式碼

結果：

a: (refcount=2, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
b: (refcount=2, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
a: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
b: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路1', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
複製程式碼

所以，當變數a賦值給變數b的時候，並沒有立刻生成一個新的變數容器，而是將變數b指向了變數a指向的變數容器，即記憶體"共享"；而當變數b其中一個元素髮生改變時，才會真正發生變數容器複製，這就是寫時複製技術

引用計數清0

當變數容器的ref_count計數清0時，表示該變數容器就會被銷燬，實現了記憶體回收，這也是php5.3版本之前的垃圾回收機制

舉例：

$a = "許錚的技術成長之路";
$b = $a;
xdebug_debug_zval('a');
unset($b);
xdebug_debug_zval('a');
複製程式碼

結果：

a: (refcount=2, is_ref=0)='許錚的技術成長之路'
a: (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路'
複製程式碼

迴圈引用引發的記憶體洩露問題

但是php5.3版本之前的垃圾回收機制存在一個漏洞，即當陣列或物件內部子元素引用其父元素，而此時如果發生了刪除其父元素的情況，此變數容器並不會被刪除，因為其子元素還在指向該變數容器，但是由於所有作用域內都沒有指向該變數容器的符號，所以無法被清除，因此會發生記憶體洩漏，直到該指令碼執行結束

舉例：

$a = array( 'one' );
$a[] = &$a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
複製程式碼

由於該示例不好輸出結果，用圖表示，如圖：

迴圈引用

舉例：

unset($a);
xdebug_debug_zval('a');
複製程式碼

如圖：

迴圈引用的記憶體洩漏

新的垃圾回收機制

php5.3版本之後引入根緩衝機制，即php啟動時預設設定指定zval數量的根緩衝區（預設是10000），當php發現有存在迴圈引用的zval時，就會把其投入到根緩衝區，當根緩衝區達到配置檔案中的指定數量（預設是10000）後，就會進行垃圾回收，以此解決迴圈引用導致的記憶體洩漏問題

確認為垃圾的準則

1、如果引用計數減少到零，所在變數容器將被清除(free)，不屬於垃圾
2、如果一個zval 的引用計數減少後還大於0，那麼它會進入垃圾週期。其次，在一個垃圾週期中，通過檢查引用計數是否減1，並且檢查哪些變數容器的引用次數是零，來發現哪部分是垃圾。

總結

垃圾回收機制：
1、以php的引用計數機制為基礎（php5.3以前只有該機制）
2、同時使用根緩衝區機制，當php發現有存在迴圈引用的zval時，就會把其投入到根緩衝區，當根緩衝區達到配置檔案中的指定數量後，就會進行垃圾回收，以此解決迴圈引用導致的記憶體洩漏問題（php5.3開始引入該機制）

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