【PHP7内核剖析】——变量自动GC机制

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引用计数

写时拷贝

回收时机


前言:这篇文章主要记录了PHP内存管理中的变量自动GC机制。关于这块,在我之前的博客 ”浅谈PHP7的垃圾回收机制“ 中有粗略的说一些,如果你不想深入的探究的话,看一下那一篇文章即可,这里我会说的更加深入一些。

我们都知道,PHP中我们每次使用一个变量的时候直接用$符号申明,之后我们就在需要用到的地方直接使用就好了,最后使用完之后,我们将不会再去管它。但是了解C或者C++的同学应该知道,一个变量的正常流程应该是现在堆上申请内存,然后在使用完之后一定要将变量的内存释放。那我们在PHP中为啥没有释放的这一步呢?这是因为PHP的变量内存是内核自己去释放的,不仅是PHP,除了C和C++之外,大多数高级语言都是将变量的内存释放都在内核中实现了。那今天我们就来看一下PHP的内核时怎么去释放变量的内存的。

引用计数

引用计数用来记录当前有多少zval指向同一个zend_value,当新的zval指向这个zend_value,计数器+1,当zval销毁时,计数器-1。当引用计数为0时,表明没有任何变量指向zend_value了,这时候就可以对value进行释放了。PHP7中将变量的引用计数放到了zend_value结构中,这与之前时不同的,之前的的引用计数信息时存放在zval结构里面的。我们先看一下PHP中变量类型的内部结构:以string类型为例:

struct _zend_string {
	zend_refcounted_h gc;
	zend_ulong        h;                /* hash value */
	size_t            len;
	char              val[1];
};

在上面的struct里面,我们看到有一个成员时gc,这个gc就是用来保存引用计数信息的。再看成员gc,它的类型时zend_refcounted_h,那我们也来看一下这个结构的内部实现:

typedef struct _zend_refcounted_h {
	uint32_t         refcount;			/* reference counter 32-bit */
	union {
		struct {
			ZEND_ENDIAN_LOHI_3(
				zend_uchar    type,
				zend_uchar    flags,    /* used for strings & objects */
				uint16_t      gc_info)  /* keeps GC root number (or 0) and color */
		} v;
		uint32_t type_info;
	} u;
} zend_refcounted_h;

其中,32为无符号的整形refcount成员就是记录引用计数的。

举个例子来说:

$a = array();   //refcount = 1  
$b = $a;        //refcount = 2
$c = $b;        //refcount = 3
unset($b);      //refcount = 2

上面就是引用计数变化的历程。

注意的是:并不是所有的类型都会用到引用计数,没有具体value的值是不会用到引用计数的,比如:整型,浮点型,布尔型,NULL,因为上面4中类型的值是直接存在zval的,所以它们是不会共用value的,拷贝的时候也是深拷贝。还有两个特殊情况也不会用到引用计数:内部字符串,不可变数组。

写时拷贝

关于写时拷贝,它的意思就是指只有在有必要(需要写的时候)的情况下才进行深拷贝,这样既可以提高效率,也可以节省空间。上代码解释一下:

$a = [1,2];  //a的zend_value的值是[1,2]
$b = $a;     //b的值指向的是a的zend_value
$c = $b;     //c的值也是指向a的zeng_value
$c[] = 3;    //c的值需要变化了,这个时候会copy一个zend_value的内存空间,用来存放修改之后的值

上面就是写时拷贝的内部原理:只有在写的时候才会深度拷贝,否则会指向已有的地址。然而需要我们注意的是:并不是所有类型的value都可以进行复制,比如对象与资源。如果多个变量指向同一个对象,当其中一个变量修改对象时,其修改将反应在所有的变量上。实际上,只有string与array这两种类型支持value的分离。

回收时机

在自动GC机制中,变量的回收一般有三种情况,函数返回,修改变量,主动销毁。

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