本文將要講述 PHP 發(fā)展歷程中的垃圾回收及內(nèi)存管理相關(guān)內(nèi)容。

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在 PHP 5.2 及以前的版本中，PHP 的垃圾回收采用的是 引用計(jì)數(shù) 算法。

引用計(jì)數(shù)基礎(chǔ)知識

引用計(jì)數(shù)基礎(chǔ)知識

php 的變量存儲在「zval」變量容器（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）中，「zval」屬性包含如下信息：

• 當(dāng)前變量的數(shù)據(jù)類型；
• 當(dāng)前變量的值；
• 用于標(biāo)識變量是否為引用傳遞的 is_ref 布爾類型標(biāo)識；
• 指向該「zval」變量容器的變量個數(shù)的 refcount 標(biāo)識符（即這個 zval 被引用的次數(shù)，注意這里的引用不是指引用傳值，注意區(qū)分）。

當(dāng)一個變量被賦值時，就會生成一個對應(yīng)的「zavl」變量容器。【推薦學(xué)習(xí)：PHP視頻教程】

查看變量 zval 容器信息

要查看變量的「zval」容器信息（即查看變量的 is_ref 和 refcount），可以使用 XDebug 調(diào)試工具的 xdebug_debug_zval() 函數(shù)。

安裝 XDebug 擴(kuò)展插件的方法可以查看 這個教程（https://github.com/huliuqing/phpnotes/issues/58），有關(guān)XDebug 使用方法請閱讀 官方文檔（https://xdebug.org/docs/）。

假設(shè)，我們已經(jīng)成功安裝好 XDebug 工具，現(xiàn)在就可以來對變量進(jìn)行調(diào)試了。

• 查看普通變量的 zval 信息

如果我們的 PHP 語句只是對變量進(jìn)行簡單賦值時，is_ref 標(biāo)識值為 0，refcount 值為 1；若將這個變量作為值賦值給另一個變量時，則增加 zval 變量容器的 refcount 計(jì)數(shù)；同理，銷毀（unset）變量時，「refcount」相應(yīng)的減去 1。

請看下面的示例：

寫時復(fù)制
通過前面的簡單變量的 zval 信息我們知道 $copy 和 $name 共用 zval 變量容器（內(nèi)存），然后通過 refcount 來表示當(dāng)前這個 zval 被多少個變量使用。
看個實(shí)例：

注意到?jīng)]有，當(dāng)將值 liugongzi handsome 賦值給變量 $copy 時，name 和 copy 的 refcount 值都變成了 1，在這個過程中發(fā)生以下幾個操作：
將 $copy 從 $name 的 zval（內(nèi)從）中分離出來（即復(fù)制）；
將 $name 的 refcount 減去 1；
對 $copy 的 zval 進(jìn)行修改（重新賦值和修改 refcount）；
這里只是簡單對「寫時復(fù)制」進(jìn)行介紹，感興趣的朋友可以閱讀文末給出的參考資料進(jìn)行更加深入的研究。
查看引用傳遞變量的 zval 信息
引用傳值（&）的「引用計(jì)數(shù)」規(guī)則同普通賦值語句一樣，只是 is_ref 標(biāo)識的值為 1 表示該變量是引用傳值類型。
我們現(xiàn)在來看看引用傳值的示例：

復(fù)合類型的引用計(jì)數(shù)
與標(biāo)量類型（整型、浮點(diǎn)型、布爾型等）不同，數(shù)組（array）和對象（object）這種符合類型的引用計(jì)數(shù)規(guī)則會稍復(fù)雜一些。
為了更好的說明，還是先看看數(shù)組的引用計(jì)數(shù)示例：
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );

// a:
// (refcount=1, is_ref=0)
// array (size=2)
//  'meaning' => (refcount=1, is_ref=0)string 'life' (length=4)
//  'number' => (refcount=1, is_ref=0)int 42
上面的引用計(jì)數(shù)示意圖如下：
從圖中我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合類型的引用計(jì)數(shù)規(guī)則基本上同標(biāo)量的計(jì)數(shù)規(guī)則一樣，就給出的示例來說，PHP 會創(chuàng)建 3 個 zval 變量容器，一個用于存儲數(shù)組本身，另外兩個用于存儲數(shù)組中的元素。
添加一個已經(jīng)存在的元素到數(shù)組中時，它的引用計(jì)數(shù)器 refcount 會增加 1。
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );
$a['life'] = $a['meaning'];
xdebug_debug_zval( 'a' );

// a:
// (refcount=1, is_ref=0)
// array (size=3)
//  'meaning' => (refcount=2, is_ref=0)string 'life' (length=4)
//  'number' => (refcount=0, is_ref=0)int 42
//  'life' => (refcount=2, is_ref=0)string 'life' (length=4)
大致示意圖如下：
內(nèi)存泄露
雖然，復(fù)合類型的引用計(jì)數(shù)規(guī)則同標(biāo)量類型大致相同，但是如果引用的值為變量自身（即循環(huán)應(yīng)用），在處理不當(dāng)時，就有可能會造成內(nèi)存泄露的問題。
讓我們來看看下面這個對數(shù)組進(jìn)行引用傳值的示例：

從內(nèi)存占用結(jié)果上看，雖然我們執(zhí)行了 unset($a) 方法來銷毀 $a 數(shù)組，但內(nèi)存并沒有被回收，整個處理過程的示意圖如下：
可以看到對于這塊內(nèi)存，再也沒有符合表（變量）指向了，所以 PHP 無法完成內(nèi)存回收，官方給出的解釋如下：
簡單來說就是「引用計(jì)數(shù)」算法無法檢測并釋放循環(huán)引用所使用的內(nèi)存，最終導(dǎo)致內(nèi)存泄露。
引用計(jì)數(shù)系統(tǒng)的同步周期回收
由于引用計(jì)數(shù)算法存在無法回收循環(huán)應(yīng)用導(dǎo)致的內(nèi)存泄露問題，在 PHP 5.3 之后對內(nèi)存回收的實(shí)現(xiàn)做了優(yōu)化，通過采用 引用計(jì)數(shù)系統(tǒng)的同步周期回收 算法實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理。引用計(jì)數(shù)系統(tǒng)的同步周期回收算法是一個改良版本的引用計(jì)數(shù)算法，它在引用基礎(chǔ)上做出了如下幾個方面的增強(qiáng)：
引入了可能根（possible root）的概念：通過引用計(jì)數(shù)相關(guān)學(xué)習(xí)，我們知道如果一個變量（zval）被引用，要么是被全局符號表中的符號引用（即變量），要么被復(fù)雜類型（如數(shù)組）的 zval 中的符號（數(shù)組的元素）引用，那么這個 zval 變量容器就是「可能根」。
引入根緩沖區(qū)（root buffer）的概念：根緩沖區(qū)用于存放所有「可能根」，它是固定大小的，默認(rèn)可存 10000 個可能根，如需修改可以通過修改 PHP 源碼文件 Zend/zend_gc.c 中的常量 GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，再重新編譯。
回收周期：當(dāng)緩沖區(qū)滿時，對緩沖區(qū)中的所有可能根進(jìn)行垃圾回收處理。
下圖（來自 PHP 手冊）,展示了新的回收算法執(zhí)行過程：
引用計(jì)數(shù)系統(tǒng)的同步周期回收過程

緩沖區(qū)（紫色框部分，稱為疑似垃圾），存儲所有可能根（步驟 A）；
采用深度優(yōu)先算法遍歷「根緩沖區(qū)」中所有的「可能根（即 zval 遍歷容器）」，并對每個 zval 的 refcount 減 1，為了避免遍歷時對同一個 zval 多次減 1（因?yàn)椴煌母赡鼙闅v到同一個 zval）將這個 zvel 標(biāo)記為「已減」（步驟 B）；
再次采用深度優(yōu)先遍歷算法遍歷「可能根 zval」。當(dāng) zval 的 refcount 值不為 0 時，對其加 1,否則保持為 0。并請已遍歷的 zval 變量容器標(biāo)記為「已恢復(fù)」（即步驟 B 的逆運(yùn)算）。那些 zval 的 refcount 值為 0 （藍(lán)色框標(biāo)記）的就是應(yīng)該被回收的變量（步驟 C）；
刪除所有 refcount 為 0 的可能根（步驟 D）。
整個過程為：
采用深度優(yōu)先算法執(zhí)行：默認(rèn)刪除 > 模擬恢復(fù) > 執(zhí)行刪除 達(dá)到內(nèi)存回收的目的。
優(yōu)化后的引用計(jì)數(shù)算法優(yōu)勢
將內(nèi)存泄露控制在閥值內(nèi)，這個由緩存區(qū)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到緩沖區(qū)大小執(zhí)行新一輪垃圾回收；
提升了垃圾回收性能，不是每次 refcount 減 1 都執(zhí)行回收處理，而是等到根緩沖區(qū)滿時才開始執(zhí)行垃圾回收。
你可以從 PHP 手冊 的回收周期 了解更多，也可以閱讀文末給出的參考資料。
PHP 7 的內(nèi)存管理
PHP 5 中 zval 實(shí)現(xiàn)上的主要問題：
zval 總是單獨(dú) 從堆中分配內(nèi)存；
zval 總是存儲引用計(jì)數(shù)和循環(huán)回收 的信息，即使是整型（bool / null）這種可能并不需要此類信息的數(shù)據(jù)；
在使用對象或者資源時，直接引用會導(dǎo)致兩次計(jì)數(shù)；
某些間接訪問需要一個更好的處理方式。比如現(xiàn)在訪問存儲在變量中的對象間接使用了四個指針（指針鏈的長度為四）；
直接計(jì)數(shù)也就意味著數(shù)值只能在 zval 之間共享。如果想在 zval 和 hashtable key 之間共享一個字符串就不行（除非 hashtable key 也是 zval）。
PHP 7 中的 zval 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的調(diào)整：
這種實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢：
簡單數(shù)據(jù)類型不需要單獨(dú)分配內(nèi)存，也不需要計(jì)數(shù)；
不會再有兩次計(jì)數(shù)的情況。在對象中，只有對象自身存儲的計(jì)數(shù)是有效的；
由于現(xiàn)在計(jì)數(shù)由數(shù)值自身存儲（PHP 有 zval 變量容器存儲），所以也就可以和非 zval 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)共享，比如 zval 和 hashtable key 之間；
間接訪問需要的指針數(shù)減少了。
                    

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