php底層原理之垃圾回收機制

PHP技術大全 / 2019-03-15 15:04:21

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容。那么php是怎么實現對不需要的內存進行回收的呢?

php變量的內部存儲結構

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;
zend_ast *ast;
} value; //變量value值
zend_uint refcount__gc; //引用計數內存中使用次數,為0刪除該變量
zend_uchar type; //變量類型
zend_uchar is_ref__gc; //區分是否是引用變量
};

從上面結構體內容可以看出每一個php變量都會由 變量類型 、 value值 、 引用計數次數 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

引用計數原理

了解了php變量的內部存儲結構之后,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')

結果是:

a: (refcount=1, is_ref=0)='許錚的技術成長之路'

array和object變量

會產生元素個數+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')

結果是:

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,即內存"共享";而當變量b其中一個元素發生改變時,才會真正發生變量容器復制,這就是 寫時復制技術

引用計數清0

當變量容器的ref_count計數清0時,表示該變量容器就會被銷毀,實現了內存回收,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'

循環引用引發的內存泄露問題

但是php5.3版本之前的垃圾回收機制存在一個漏洞,即當數組或對象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都沒有指向該變量容器的符號,所以無法被清除,因此會發生內存泄漏,直到該腳本執行結束

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數量的根緩沖區(默認是10000),當php發現有存在循環引用的zval時,就會把其投入到根緩沖區,當根緩沖區達到配置文件中的指定數量(默認是10000)后,就會進行垃圾回收,以此解決循環引用導致的內存泄漏問題

確認為垃圾的準則

1、如果引用計數減少到零,所在變量容器將被清除(free),不屬于垃圾

2、如果一個zval 的引用計數減少后還大于0,那么它會進入垃圾周期。其次,在一個垃圾周期中,通過檢查引用計數是否減1,并且檢查哪些變量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、同時使用根緩沖區機制,當php發現有存在循環引用的zval時,就會把其投入到根緩沖區,當根緩沖區達到配置文件中的指定數量后,就會進行垃圾回收,以此解決循環引用導致的內存泄漏問題(php5.3開始引入該機制)

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