php底层原理之垃圾回收机制

PHP技术大全 / 2019-03-15 15:04:21

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;
zend_ast *ast;
} 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')

结果是:

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')

结果是:

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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