PHP 垃圾回收机制详解

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前言：之前对PHP的GC只是了解了个大概，这次详细了解下PHP的垃圾回收机制（GC）。
　　  介于网上大部分都是PHP5.X的GC，虽然 php5 到 php7 GC部分做出的改动较小，但我觉得还是一起写下来比较好

一、原理

php5和php7的垃圾回收机制都是利用引用计数

二、php5和php7不同点

1、PHP5标量数据类型会计数，PHP7标量数据类型不再计数，不需要单独分配内存
2、PHP7的zval 需要的内存不再是单独从堆上分配，不再自己存储引用计数。
3、PHP7的复杂数据类型（比如数组和对象）的引用计数由其自身来存储。

三、变量在zval的变量容器中结构

zval中，除了存储变量的类型和值之外，还有is_ref字段和refcount字段
    1、is_ref：是个bool值，用来区分变量是否属于引用集合。
    2、refcount：计数器，表示指向这个zval变量容器的变量个数。

四、PHP5.3标量在zval容器例子

注意：php5.3中将一个变量 = 赋值给另一个变量时，不会立即为新变量分配内存空间，而是在原变量的zval中给refcount加1。只有当原变量或者发生改变时，才会为新变量分配内存空间，同时原变量的refcount减 1 。当然，如果unset原变量，新变量直接就使用原变量的zval而不是重新分配。&引用赋值时，原变量的is_ref 加1. 如果给一个变量&赋值，之前 = 赋值的变量会分配空间。

<?php
$a = 1;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;
$b = $a;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;
 
$c = &$a;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;
 
xdebug_debug_zval('b');
echo PHP_EOL;


结果如下：
a:(refcount=1, is_ref=0),int 1
a:(refcount=2, is_ref=0),int 1
a:(refcount=2, is_ref=1),int 1
b:(refcount=1, is_ref=0),int 1

五、PHP7.X 标量在zval容器例子

<?php
$a = 1;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;
$b = $a;
xdebug_debug_zval('a');


结果如下：可以看到标量（布尔，字符串，整形，浮点型）不再计数了

六、PHP5.3复合类型数组和对象在zval容器例子

<?php
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );
echo PHP_EOL;
class Test{
    public $a = 1;
    public $b = 2;
     
    function handle(){
        echo 'hehe';
    }
}
 
$test = new Test();
xdebug_debug_zval('test');

结果如下：可以看出，数组用了比数组长度多1个zval存储。数组分配了三个zval容器：a   meaning  number

a:(refcount=1, is_ref=0),array
  'meaning' => (refcount=1, is_ref=0),
string'life' (length=4)  'number' => (refcount=1, is_ref=0),
int 42
test:(refcount=1, is_ref=0),object(Test)[1]
  public 'a' => (refcount=2, is_ref=0),
int 1  public 'b' => (refcount=2, is_ref=0),
int2

七、PHP7.X复合类型数组和对象在zval容器例子

<?php
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );
echo PHP_EOL;
class Test{
    public $a = 1;
    public $b = 2;
     
    function handle(){
        echo 'hehe';
    }
}
 
$test = new Test();
xdebug_debug_zval('test');

结果如下：可以明显的看到数组a的refcount=2，后经测试发现数组的refcount都是从2开始的

八、循环引用问题

　　1、PHP7.1效果

<?php


$a = array('life');
xdebug_debug_zval( 'a' );
echo PHP_EOL;
$a[] = &$a;
xdebug_debug_zval('a');

可以看到，箭头方向表示的就是递归循环引用了

　　2、再看看5.3的效果

说明：在5.2及更早版本的PHP中，没有专门的垃圾回收器GC（Garbage Collection），引擎在判断一个变量空间是否能够被释放的时候是依据这个变量的zval的refcount的值，
　　　如果refcount为0，那么变量的空间可以被释放，否则就不释放，这是一种非常简单的GC实现。现在unset ($a),那么array的refcount减1变为1.现在无任何变量指向这个zval，
　　　而且这个zval的计数器为1，不会回收。

结果：尽管不再有某个作用域中的任何符号指向这个结构(就是变量容器)，由于子元素“1”仍然指向数组本身，所以这个容器不能被清除 。
　　　因为没有另外的符号指向它，用户没有办法清除这个结构，结果就会导致内存泄漏。

在php5.3的GC中，针对的垃圾做了如下说明：
    1：如果一个zval的refcount增加，那么此zval还在使用，肯定不是垃圾，不会进入缓冲区
    2：如果一个zval的refcount减少到0， 那么zval会被立即释放掉，不属于GC要处理的垃圾对象，不会进入缓冲区。
3：如果一个zval的refcount减少之后大于0，那么此zval还不能被释放，此zval可能成为一个垃圾，将其放入缓冲区。PHP5.3中的GC针对的就是这种zval进行的处理。

开启/关闭：垃圾回收机制可以通过修改php配置实现，也可以在程序中使用gc_enable() 和 gc_disable()开启和关闭。

九、垃圾回收算法

1、对每个根缓冲区中的根zval按照深度优先遍历算法遍历所有能遍历到的zval，并将每个zval的refcount减1，同时为了避免对同一zval多次减1(因为可能不同的根能遍历到同一个zval)，
　　每次对某个zval减1后就对其标记为“已减”。

2、再次对每个缓冲区中的根zval深度优先遍历，如果某个zval的refcount不为0，则对其加1，否则保持其为0。

3、清空根缓冲区中的所有根(注意是把这些zval从缓冲区中清除而不是销毁它们)，然后销毁所有refcount为0的zval，并收回其内存。

如果不能完全理解也没有关系，只需记住PHP5.3的垃圾回收算法有以下几点特性：

1、并不是每次refcount减少时都进入回收周期，只有根缓冲区满额后在开始垃圾回收。
2、可以解决循环引用问题。
3、可以总将内存泄露保持在一个阈值以下。