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php底層原理之垃圾回收機制

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摘要：總結垃圾回收機制以的引用計數(shù)機制為基礎以前只有該機制同時使用根緩沖區(qū)機制，當發(fā)現(xiàn)有存在循環(huán)引用的時，就會把其投入到根緩沖區(qū)，當根緩沖區(qū)達到配置文件中的指定數(shù)量后，就會進行垃圾回收，以此解決循環(huán)引用導致的內(nèi)存泄漏問題開始引入該機制

php垃圾回收機制，對于PHPer來說是一個不陌生但是又不是很熟悉的內(nèi)容。那么php是怎么實現(xiàn)對不需要的內(nèi)存進行回收的呢？

php變量的內(nèi)部存儲結構

首先還是需要了解下基礎知識，便于垃圾回收原理內(nèi)容的理解。大家都知道php是由C編寫而成的，所以php變量的內(nèi)部存儲結構也會和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;                    //變量value值
    zend_uint refcount__gc;   //引用計數(shù)內(nèi)存中使用次數(shù)，為0刪除該變量
    zend_uchar type;           //變量類型
    zend_uchar is_ref__gc;    //區(qū)分是否是引用變量
};

從上面結構體內(nèi)容可以看出每一個php變量都會由變量類型、value值、引用計數(shù)次數(shù)和是否是引用變量四部分組成

注：上面zval結構體是php5.3版本之后的結構，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版本之后由于性能問題所以改寫了zval結構，這里不再表述

引用計數(shù)原理

了解了php變量的內(nèi)部存儲結構之后，我們再了解下php變量賦值相關的原理和早期垃圾回收機制

變量容器 非array和object變量

每次將常量賦值給一個變量時，都會產(chǎn)生一個變量容器

舉例：

$a = "許錚的技術成長之路";
xdebug_debug_zval("a")

結果：

a: (refcount=1, is_ref=0)="許錚的技術成長之路"
array和object變量

會產(chǎn)生元素個數(shù)+1的變量容器

舉例：

$b = [
"name" => "許錚的技術成長之路",
"number" => 3
];
xdebug_debug_zval("b")

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)
賦值原理（寫時復制技術）

了解了常量賦值之后，接下來我們從內(nèi)存角度思考變量之間的賦值

舉例：

$a = [
"name" => "許錚的技術成長之路",
"number" => 3
]; //創(chuàng)建一個變量容器，變量a指向給變量容器，a的ref_count為1
$b = $a; //變量b也指向變量a指向的變量容器，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";//變量b的其中一個元素發(fā)生改變，此時會復制出一個新的變量容器，變量b重新指向新的變量容器，a和b的ref_count變成1
xdebug_debug_zval("a", "b");

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)

所以，當變量a賦值給變量b的時候，并沒有立刻生成一個新的變量容器，而是將變量b指向了變量a指向的變量容器，即內(nèi)存"共享"；而當變量b其中一個元素發(fā)生改變時，才會真正發(fā)生變量容器復制，這就是寫時復制技術

引用計數(shù)清0

當變量容器的ref_count計數(shù)清0時，表示該變量容器就會被銷毀，實現(xiàn)了內(nèi)存回收，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");

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"
循環(huán)引用引發(fā)的內(nèi)存泄露問題

但是php5.3版本之前的垃圾回收機制存在一個漏洞，即當數(shù)組或對象內(nèi)部子元素引用其父元素，而此時如果發(fā)生了刪除其父元素的情況，此變量容器并不會被刪除，因為其子元素還在指向該變量容器，但是由于所有作用域內(nèi)都沒有指向該變量容器的符號，所以無法被清除，因此會發(fā)生內(nèi)存泄漏，直到該腳本執(zhí)行結束

舉例：

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

由于該示例不好輸出結果，用圖表示，如圖：

舉例：

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

如圖：

新的垃圾回收機制

php5.3版本之后引入根緩沖機制，即php啟動時默認設置指定zval數(shù)量的根緩沖區(qū)（默認是10000），當php發(fā)現(xiàn)有存在循環(huán)引用的zval時，就會把其投入到根緩沖區(qū)，當根緩沖區(qū)達到配置文件中的指定數(shù)量（默認是10000）后，就會進行垃圾回收，以此解決循環(huán)引用導致的內(nèi)存泄漏問題

確認為垃圾的準則

1、如果引用計數(shù)減少到零，所在變量容器將被清除(free)，不屬于垃圾
2、如果一個zval 的引用計數(shù)減少后還大于0，那么它會進入垃圾周期。其次，在一個垃圾周期中，通過檢查引用計數(shù)是否減1，并且檢查哪些變量容器的引用次數(shù)是零，來發(fā)現(xiàn)哪部分是垃圾。

總結

垃圾回收機制：
1、以php的引用計數(shù)機制為基礎（php5.3以前只有該機制）
2、同時使用根緩沖區(qū)機制，當php發(fā)現(xiàn)有存在循環(huán)引用的zval時，就會把其投入到根緩沖區(qū)，當根緩沖區(qū)達到配置文件中的指定數(shù)量后，就會進行垃圾回收，以此解決循環(huán)引用導致的內(nèi)存泄漏問題（php5.3開始引入該機制）

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