Php引用計(jì)時(shí)器和垃圾回收機(jī)制

1、php 引用計(jì)數(shù)器和垃圾回收機(jī)制談到引用計(jì)數(shù)器和垃圾回收機(jī)制，必須得從 phpphp 變量說起?？偹苤?，phpphp 是一種弱類型，但具體表現(xiàn)在哪里，程序里面又是怎么表現(xiàn)的呢？phpphp 里面又是怎樣實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)器的， 程序如何區(qū)分變量引用和復(fù)制？phpphp 是如何對(duì)已用完的變量進(jìn)行回收，不同的 phpphp 版本的不同的垃圾回收機(jī)制又是如何實(shí)現(xiàn)的？1.引用計(jì)數(shù)器講到引用計(jì)數(shù)器，不得不先說一下變量的 c 語言實(shí)現(xiàn)。如下，幾個(gè)變量的結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體：;zval 可以看成一個(gè)容器，zvalue_value 是該容器存儲(chǔ)變量值的聯(lián)合體，refcount_gc是引用計(jì)數(shù)，記錄引用數(shù)，is_ref_

2、gc 是標(biāo)志這個(gè)容器是否真正的引用，type 表示這個(gè)變量的類型。zend 根據(jù) type 值來決定訪問 value 的哪個(gè)成員，可用值如下:IS_NULLN/AIS_LONG對(duì)應(yīng) value.lvalIS_DOUBLE對(duì)應(yīng) value.dvalIS_STRING對(duì)應(yīng) value.strIS_ARRAY對(duì)應(yīng) value.htIS_OBJECT對(duì)應(yīng) value.objIS_BOOL對(duì)應(yīng) value.lval.IS_RESOURCE對(duì)應(yīng) value.lvalzvalue_value 聯(lián)合體：typedefunion_zvalue_valuelonglval;doubledval;structcha

3、r*val;intlen;str;HashTable*ht;zend_object_valueobj;zvalue_value;zval 的結(jié)構(gòu)：struct_zval_struct/*Variableinformation*/zvalue_valuevalue;/*value*/zend_uintrefcount_gc;zend_uchartype;zend_ucharis_ref_gc;/*longvalue*/*doublevalue*/*hashtablevalue*/*activetype*/根據(jù)這個(gè)表格可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)有意思的地方：首先是 PHP 的數(shù)組其實(shí)就是一個(gè)HashTable,

4、這就解釋了為什么 PHP 能夠支持關(guān)聯(lián)數(shù)組了；其次，Resource 就是一個(gè) long 值，它里面存放的通常是個(gè)指針、一個(gè)內(nèi)部數(shù)組的 index 或者其它什么只有創(chuàng)建者自己才知道的東西，可以將其視作一個(gè) handle。(1)寫復(fù)制(CopyonWrite)PHP 在修改一個(gè)變量以前，會(huì)首先查看這個(gè)變量的 refcount,如果 refcount 大于 1,PHP 就會(huì)執(zhí)行一個(gè)分離的例程，對(duì)于上面的代碼，當(dāng)執(zhí)行到第三行的時(shí)候，PHP 發(fā)現(xiàn)$var指向的 zval 的 refcount 大于 1,那么 PHP 就會(huì)復(fù)制一個(gè)新的 zval 出來，將原 zval 的 refcount 減 1,并修改

5、 symbol_table,使得$丫 2 $var_dup 分離(Separation)。這個(gè)機(jī)制就是所謂的 copyonwrite(寫時(shí)復(fù)制)。題外話：寫時(shí)復(fù)制技術(shù)的一個(gè)比較有名的應(yīng)用是在 unix 類操作系統(tǒng)內(nèi)核中，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程調(diào)用 fork函數(shù)生成一個(gè)子進(jìn)程的時(shí)候，父子進(jìn)程擁有相同的地址空間內(nèi)容，在老版本的系統(tǒng)中，子進(jìn)程是在 fork的時(shí)候就將父進(jìn)程的地址空間中的內(nèi)容都拷貝一份， 對(duì)于規(guī)模較大的程序這個(gè)過程可能會(huì)有著很大的開銷， 更崩潰的是，很多進(jìn)程在 fork 之后，直接在子進(jìn)程中調(diào)用 exec 執(zhí)行另外一個(gè)程序，這樣原來花了大量時(shí)間從父進(jìn)程復(fù)制的地址空間都還沒來得及碰一下就被新的進(jìn)程地

6、址空間代替，這顯然是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，所以在后來的系統(tǒng)中，就使用了寫時(shí)復(fù)制技術(shù)，fork 之后，子進(jìn)程的地址空間還是簡(jiǎn)單的指向父進(jìn)程的地址空間， 只有當(dāng)子進(jìn)程需要寫地址空間中的內(nèi)容的時(shí)候， 才會(huì)單獨(dú)分離一份(一般以內(nèi)存頁為單位)給子進(jìn)程，這樣就算子進(jìn)程馬上調(diào)用 exec 函數(shù)也沒關(guān)系，因?yàn)楦揪筒恍枰獜母高M(jìn)程的地址空間中拷貝內(nèi)容，這樣節(jié)約了內(nèi)存同時(shí)又提高了速度。(2)寫改變(changeonwrit)開始在 zval 里面我們看到一個(gè)字段 is_ref_gc,到底如何是怎樣產(chǎn)生作用的呢？現(xiàn)在我們知道，當(dāng)使用變量復(fù)制的時(shí)候，PHP 內(nèi)部并不是真正的復(fù)制，而是采用指向相同的結(jié)構(gòu)來盡量節(jié)約開銷。那么

7、，對(duì)于 PHP 中的引用，那又是如何實(shí)現(xiàn)呢？這段代碼結(jié)束以后，$var 也會(huì)被間接的修改為 1,這個(gè)過程稱作(changeonwrite:寫時(shí)改變)。那么 ZE 是怎么知道，這次的復(fù)制是不需要 Separation 的呢？這個(gè)時(shí)候就要用到 zval 中的 is_ref 字段了：對(duì)于上面的代碼，當(dāng)?shù)诙袌?zhí)行以后，$var 所代表的 zval的 refcount 變?yōu)?2,并且同時(shí)置is_ref 為 1。當(dāng)使用引用時(shí)，php 會(huì)把 is_ref_gc 即程序會(huì)如下判斷該引用是否真實(shí)引用，PHP先檢查 var_ref 代表的 zval 的 is_ref_gc 字段，如果為 1,則不分離，大體邏輯示意

8、如下：is_ref|(*val)-refcount(3)兩種方式到底怎樣使用，啥時(shí)候使用？對(duì)于上面的代碼，存在一對(duì) copyonwrite 的變量$varD$var_dup,又有一對(duì)changeonwrite 機(jī)制的變量對(duì)$var$var_ref,這個(gè)情況又是如何運(yùn)作的呢？當(dāng)?shù)诙袌?zhí)行的時(shí)候，和前面講過的一樣，$var_dup 和$var 指向相同的 zval,refcount 為 2。當(dāng)執(zhí)行第三行的時(shí)候，PHP 發(fā)現(xiàn)要操作的 zval 的 refcount 大于 1,則，PHP 會(huì)執(zhí)行 Separation,將$var_dup 分離出去，并將$varn$var_ref 做 changeonw

9、rite 關(guān)聯(lián)。也就是，refcount=2,is_ref=1。(4)數(shù)值巨大變量處理當(dāng)然如果我們?cè)?php 中進(jìn)行參數(shù)傳遞的時(shí)候， 是否有必要對(duì)傳遞內(nèi)容巨大的數(shù)組心存警惕,擔(dān)心內(nèi)存的大量流失？例如上面這段統(tǒng)計(jì)一群人中有多少個(gè)中國(guó)國(guó)籍的時(shí)候，如果有一個(gè) 10W 的人的數(shù)組要傳進(jìn)去，你是否會(huì)擔(dān)心被復(fù)制后傳到函數(shù)里，導(dǎo)致內(nèi)存占用瞬間翻倍？也許你會(huì)在參數(shù)那里加一個(gè)&表示引用？php 的設(shè)計(jì)者在這里有一個(gè)很巧妙的設(shè)計(jì)，引入了一個(gè) copyonwrite 的概念，在上面的函數(shù)中，如果你不去修改$perons 對(duì)象的內(nèi)容，并不會(huì)有復(fù)制行為發(fā)生，內(nèi)存也不會(huì)double.但是如果我想在函數(shù)里面修改數(shù)據(jù)

10、，便于函數(shù)后面的處理，這個(gè)時(shí)候內(nèi)存會(huì) double 嗎？如下：？phpfunctioncountChina($persons)$count=0;foreach($personsas$person)(if($personnation=china)($personscore=10;$count+;/利用 score 做一些處理return$count;在上面的代碼中，我修改了數(shù)組的成員內(nèi)容，如果你不在參數(shù)里加&的話，內(nèi)存消耗會(huì)逐步增加，在返回以前，內(nèi)存的占用會(huì) double,為撒呢？因?yàn)闉榱藵M足你的 write 需要,php 進(jìn)行了 copy,這個(gè) copy 不是一次完成的，在改變第一個(gè)$

11、persons 成員的時(shí)候,會(huì)將$persons 數(shù)組和其成員的地址復(fù)制過來，并不會(huì)把所有成員內(nèi)容都復(fù)制過來，隨著$persons 成員的一個(gè)個(gè)被 write,一個(gè)個(gè)也都被 copy 過來，內(nèi)存占用線性增加，到循環(huán)結(jié)束時(shí),double 了!如果確實(shí)要修改內(nèi)容，又想避免內(nèi)存消耗，又不怕影響參數(shù)變量在其他地方的使用，那就在參數(shù)里加&吧。要釋放被占用的內(nèi)存變量，用 unset($persons)或者$persons=null 都可以迅速地釋放掉，你可以使用 memory_get_usage 進(jìn)行監(jiān)控，貌似這個(gè)機(jī)制比.net 體系的垃圾回收機(jī)制要清晰， 簡(jiǎn)單和高效, 經(jīng)常出現(xiàn)的 outofme

12、mory 無疑是.net 龐大體系和低效內(nèi)存回收機(jī)制的必然結(jié)果。(5)unset 的作用unset()并非一個(gè)函數(shù)，而是一種語言結(jié)構(gòu)，這個(gè)可以通過查看編譯生成的 opcode 看到區(qū)別，unset 對(duì)應(yīng)的不是一個(gè)函數(shù)調(diào)用的 opcode。那么 unset 到底做了什么？在 unset對(duì)應(yīng)的 opcode 的 handler 中可以看到相關(guān)內(nèi)容，主要的操作時(shí)從當(dāng)前符號(hào)表中刪除參數(shù)中的符號(hào)，比如在全局代碼中執(zhí)行 unset($a),那么將會(huì)在全局符號(hào)表中刪除 a 這個(gè)符號(hào)。全局符號(hào)表是一張哈希表，建立這張表的時(shí)候會(huì)提供一個(gè)表中的項(xiàng)的析構(gòu)函數(shù)，當(dāng)我們從符號(hào)表中刪除 a 的時(shí)候， 會(huì)對(duì)符號(hào) a 指向的

13、項(xiàng)(這里是 zval 的指針)調(diào)用這個(gè)析構(gòu)函數(shù)， 這個(gè)析構(gòu)函數(shù)的主要功能是將 a 對(duì)應(yīng)的 zval 的 refcount 減 1,如果 refcount 變成了 0,那么釋放這個(gè) zval。所以當(dāng)我們調(diào)用 unset 的時(shí)候，不一定能釋放變量所占的內(nèi)存空間，只有當(dāng)這個(gè)變量對(duì)應(yīng)的 zval 沒有別的變量指向它的時(shí)候，才會(huì)釋放掉 zval,否則只是對(duì)refcount 進(jìn)行減 1 操作。2.垃圾回收機(jī)制(1)PHP5.2 中的垃圾回收算法 ReferenceCountingPHP5.2 中使用的內(nèi)存回收算法是大名鼎鼎的 ReferenceCounting,這個(gè)算法中文翻譯叫做用用計(jì)數(shù)”，其思想非常直

14、觀和簡(jiǎn)潔：為每個(gè)內(nèi)存對(duì)象分配一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)一個(gè)內(nèi)存對(duì)象建立時(shí)計(jì)數(shù)器初始化為 1(因此此時(shí)總是有一個(gè)變量引用此對(duì)象)，以后每有一個(gè)新變量引用此內(nèi)存對(duì)象，則計(jì)數(shù)器加 1,而每當(dāng)減少一個(gè)引用此內(nèi)存對(duì)象的變量則計(jì)數(shù)器減 1,當(dāng)垃圾回收機(jī)制運(yùn)作的時(shí)候，將所有計(jì)數(shù)器為 0 的內(nèi)存對(duì)象銷毀并回收其占用的內(nèi)存。而PHP 中內(nèi)存對(duì)象就是 zval,而計(jì)數(shù)器就是 refcount_gc。ReferenceCounting 簡(jiǎn)單直觀，實(shí)現(xiàn)方便，但卻存在一個(gè)致命的缺陷，就是容易造成內(nèi)存泄露。很多朋友可能已經(jīng)意識(shí)到了，如果存在循環(huán)引用，那么 ReferenceCounting就可能導(dǎo)致內(nèi)存泄露。例如下面的代碼：1.這段

15、代碼首先建立了數(shù)組 a,然后讓 a的第一個(gè)元素按引用指向 a,這時(shí) a的 zval的 refcount就變?yōu)?,然后我們銷毀變量 a,此時(shí) a 最初指向的 zval 的 refcount 為 1,但是我們?cè)僖矝]有辦法對(duì)其進(jìn)行操作，因?yàn)槠湫纬闪艘粋€(gè)循環(huán)自引用，如下圖所示：III*zvalrefcount=1(2)PHP5.3 中的垃圾回收算法 ConcurrentCycleCollectioninReferenceCountedSystems首先 PHP 會(huì)分配一個(gè)固定大小的根緩沖區(qū)”，這個(gè)緩沖區(qū)用于存放固定數(shù)量的 zval,這個(gè)數(shù)量默認(rèn)是 10,000,如果需要修改則需要修改源代碼 Zend/

16、zend_gc.c 中的常量GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES 然后重新編譯。由上文我們可以知道，一個(gè) zval 如果有引用，要么被全局符號(hào)表中的符號(hào)引用，要么被其它表示復(fù)雜類型的 zval 中的符號(hào)引用。因此在 zval 中存在一些可能根（root）。這里我們暫且不討論 PHP 是如何發(fā)現(xiàn)這些可能根的， 這是個(gè)很復(fù)雜的問題， 總之 PHP 有辦法發(fā)現(xiàn)這些可能根 zval 并將它們投入根緩沖區(qū)。當(dāng)根緩沖區(qū)滿額時(shí)，PHP 就會(huì)執(zhí)行垃圾回收，此回收算法如下：1、對(duì)每個(gè)根緩沖區(qū)中的根 zval 按照深度優(yōu)先遍歷算法遍歷所有能遍歷到的 zval,并將每個(gè) zval 的 refcoun

17、t 減 1,同時(shí)為了避免對(duì)同一 zval 多次減 1（因?yàn)榭赡懿煌母鼙闅v到同一個(gè) zval）,每次對(duì)某個(gè) zval 減 1 后就對(duì)其標(biāo)記為已減。2、再次對(duì)每個(gè)緩沖區(qū)中的根 zval 深度優(yōu)先遍歷，如果某個(gè) zval 的 refcount 不為 0,則對(duì)其加 1,否則保持其為 0。3、清空根緩沖區(qū)中的所有根（注意是把這些 zval 從緩沖區(qū)中清除而不是銷毀它們），然后銷毀所有 refcount 為 0 的 zval,并收回其內(nèi)存。如果不能完全理解也沒有關(guān)系，只需記住 PHP5.3 的垃圾回收算法有以下幾點(diǎn)特性：1、并不是每次 refcount 減少時(shí)都進(jìn)入回收周期，只有根緩沖區(qū)滿額后在開始垃圾回收。2、可以解決循環(huán)引用問題。3、可以總將內(nèi)存泄露保持在一個(gè)閾值以下。（3）Php5.2 和 php5.3 性能比較可以看到在可能引發(fā)累積性