PHP 变量与内存对象

垃圾回收是对变量及所关联内存对象的操作。

PHP 变量分为两类：

  • 标量类型：布尔型、整型、浮点型、字符串
  • 复杂类型：数组、对象、资源
  • NULL（特殊，不划分为任何类型）

所有上述类型均用 zval 的结构表示。

源码 Zend/zend.h

5 个字段存储 8 种类型。

_zvalue_value

用于表示 PHP 中所有变量的值。

typedef union _zvalue_value {  
    long lval;                  /* long value */ 
    double dval;                /* double value */ 
    struct {  
        char *val;  
        int len;  
    } str;  
    HashTable *ht;              /* hash table value */ 
    zend_object_value obj;  
} zvalue_value;
  • lval：存储布尔型、整型、资源
  • dval：存储浮点型
  • str：存储字符串
  • ht：存储数组（PHP 中的数组是哈希表）
  • obj：存储对象
  • 所有字段设置为0：NULL

_zval_struct

由 _zval_struct 中的 type 决定 _zvalue_value 究竟是哪种类型。

struct _zval_struct {  
    /* Variable information */ 
    zvalue_value value;       
    /* value */ 
    zend_uint refcount__gc;  
    zend_uchar type;    /* active type */ 
    zend_uchar is_ref__gc;  
};
  • refcount__gc 表示当前有几个变量在引用此 zval
  • is_ref__gc 表示当前 zval 是否被 按引用 引用

PHP5.2

PHP5.2 中的垃圾回收算法是：Reference Counting，即”引用计数”。

算法原理

  • 为每个内存对象分配一个计数器
  • 当一个内存对象建立时计数器初始化为 1
  • 以后每有一个新变量引用此内存对象，则计数器加1
  • 每当减少一个引用此内存对象的变量则计数器减 1
  • 当垃圾回收机制运作的时候，将所有计数器为0的内存对象销毁并回收其占用的内存

内存对象即 zval，计数器是 refcount__gc。

代码模拟

<?php
    $name = "江五渣一点也不酷";
    xdebug_debug_zval('name'); //name:(refcount=1, is_ref=0),string '江五渣一点也不酷' (length=24)

赋值

<?php
    $name = "江五渣一点也不酷";
    $temp_name = $name;
    xdebug_debug_zval('name'); //name:(refcount=2, is_ref=0),string '江五渣一点也不酷' (length=24)

引用赋值

<?php
    $name = "江五渣一点也不酷";
    $temp_name = &$name;
    xdebug_debug_zval('name'); //name:(refcount=2, is_ref=1),string '江五渣一点也不酷' (length=24)

数组型变量

<?php
    $name = ['a'=>'江五渣', 'b'=>'菜菜哒'];
    xdebug_debug_zval('name');
    //name:
    //(refcount=1, is_ref=0),
    //array (size=2)
      //'a' => (refcount=1, is_ref=0),string '江五渣' (length=9)
      //'b' => (refcount=1, is_ref=0),string '菜菜哒' (length=9)

复合类型图示

销毁变量

<?php
    $name = "江五渣的不开心";
    $temp_name = $name;
    xdebug_debug_zval('name'); //name:(refcount=2, is_ref=0),string '江五渣的不开心' (length=21)
    unset($temp_name);
    xdebug_debug_zval('name'); //name:(refcount=1, is_ref=0),string '江五渣的不开心' (length=21)

*注： 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。

缺陷

存在内存泄漏问题。

看一段代码：

<?php  
$a = array();  
$a[] = & $a;  
unset($a);
  • 建立了数组 a
  • 让 a 的第一个元素按引用指向 a，此时 a.zval.refcount = 2
  • 销毁变量 a，此时 a.zval.refcount = 1，但没有办法对其进行操作，形成了一个循环自引用

循环自引用

PHP5.3

PHP5.3 的垃圾回收算法依然以引用计数为基础，但不再用简单的计数作为回收准则，而是使用了一种同步回收算法：Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems。

原理

一个 zval 如果有引用，要么被全局符号表中的符号引用，要么被其它表示复杂类型的 zval 中的符号引用。因此在 zval 中存在一些可能根(root)。

  • PHP 会分配一个固定大小的“根缓冲区”，这个缓冲区用于存放固定数量的 zval，这个数量默认是 10,000
  • 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”）
  • 再次对每个缓冲区中的根 zval 深度优先遍历
    • zval 的 refcount 不为0，对其加 1
  • 清空根缓冲区中的所有根，然后销毁所有 refcount 为 0 的 zval，并收回其内存

总结：对此 zval 中的每个元素进行一次 refcount 减 1 操作，操作完成之后，如果 zval 的 refcount=0，那么这个 zval 就是一个辣鸡。

图解

引用计数系统中的同步周期回收

A. 节点被放入缓冲区 root，标记为紫色
B. 缓冲区满后，以深度优先对每个节点所包含的 zval 做减 1 操作。操作过的节点标记为灰色（避免重复操作）
C. 再次深度优先判断每个节点包含的 zval 值。refcount=0 ：标记为白色（垃圾），refcount>0：对非垃圾还原操作，zval + 1 ，标记为黑色
D. 再次遍历，将白色节点 zval 释放

算法特点

  • 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
  • 可以解决循环引用问题
  • 可以总将内存泄露保持在一个阈值以下

参考资料