PHP垃圾回收机制

一、引用计数基本知识

　　每个php变量存在一个叫"zval"的变量容器中，当一个变量被赋常量值时，就会生成一个zval变量容器。一个zval变量容器，除了包含变量的类型和值，还包括两个字节的额外信息。第一个是"is_ref"，是个bool值，用来标识这个变量是否是属于引用集合(reference set)。通过这个字节，php引擎才能把普通变量和引用变量区分开来，由于php允许用户通过使用&来使用自定义引用，zval变量容器中还有一个内部引用计数机制，来优化内存使用。第二个额外字节是"refcount"，用以表示指向这个zval变量容器的变量(也称符号即symbol)个数。所有的符号存在一个符号表中，其中每个符号都有作用域(scope)，那些主脚本(比如：通过浏览器请求的的脚本)和每个函数或者方法也都有作用域。

　　当把一个变量赋值给另一变量将增加引用次数(refcount)。没必要时，php不会去复制已生成的变量容器。变量容器在”refcount“变成0时就被销毁. 当任何关联到某个变量容器的变量离开它的作用域(比如：函数执行结束)，或者对变量调用了函数 unset()时，”refcount“就会减1。

　　如果你已经安装了Xdebug，你能通过调用函数xdebug_debug_zval()显示"refcount"和"is_ref"的值。

　　当考虑像 array和object这样的复合类型时，事情就稍微有点复杂.。与 标量(scalar)类型的值不同，array和 object类型的变量把它们的成员或属性存在自己的符号表中。

数组和内存示例：

（1）一般情况：

$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );

（2）数组中有两个元素的值相同：

$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );

$a['life'] = $a['meaning'];

（3）将数组本身作为自己的一个元素：

$a = array( 'one' );

$a[] =& $a;

执行unset($a);之后：

　　在第三种情况中，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)，由于数组元素“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。庆幸的是，php将在脚本执行结束时清除这个数据结构，但是在php清除之前，将耗费不少内存。如果你要实现分析算法，或者要做其他像一个子元素指向它的父元素这样的事情，这种情况就会经常发生。当然，同样的情况也会发生在对象上，实际上对象更有可能出现这种情况，因为对象总是隐式的被引用。

　　如果上面的情况发生仅仅一两次倒没什么，但是如果出现几千次，甚至几十万次的内存泄漏，这显然是个大问题。这样的问题往往发生在长时间运行的脚本中，比如请求基本上不会结束的守护进程或者单元测试中的大的套件中。后者的例子：在给巨大的eZ(一个知名的PHP Library) 组件库的模板组件做单元测试时，就可能会出现问题。有时测试可能需要耗用2GB的内存，而测试服务器很可能没有这么大的内存。

二、回收周期　　

　　PHP5.3之前使用的垃圾回收机制是单纯的“引用计数”，也就是为每个内存对象都分配一个引用计数器，这样的机制存在一个问题，就是当两个或多个对象互相引用形成环状时，会出现内存泄露现象。PHP5.3开始，使用了新的垃圾回收机制，在引用计数的基础上，实现了一种复杂的算法，来检测内存对象中引用环的存在，以避免内存泄露。

　　算法的一些基本规则：如果一个引用计数增加，它将继续被使用，当然就不再在垃圾中。如果引用计数减少到零，所在变量容器将被清除。就是说，仅仅在引用计数减少到非零值时，才会产生垃圾周期。其次，在一个垃圾周期中，通过检查引用计数是否减1，并且检查哪些变量容器的引用次数是零，来发现哪部分是垃圾。

　　为避免不得不检查所有引用计数可能减少的垃圾周期，这个算法把所有可能根(都是zval变量容器),放在根缓冲区中(用紫色来标记，称为疑似垃圾)，这样可以同时确保每个可能的垃圾根在缓冲区中只出现一次。仅仅在根缓冲区满了时，才对缓冲区内部所有不同的变量容器执行垃圾回收操作。看上图的步骤 A。

　　在步骤 B 中，模拟删除每个紫色变量。模拟删除时可能将不是紫色的普通变量引用数减"1"，如果某个普通变量引用计数变成0了，就对这个普通变量再做一次模拟删除。每个变量只能被模拟删除一次，模拟删除后标记为灰色。

　　在步骤 C 中，模拟恢复每个紫色变量。恢复是有条件的，当变量的引用计数大于0时才对其做模拟恢复。同样每个变量只能恢复一次，恢复后标记为黑，基本就是步骤 B 的逆运算（将普通变量引用数加"1"）。这样剩下的一堆没能恢复的就是该删除的蓝色节点了，在步骤 D 中遍历出来真的删除掉。

　　算法中都是模拟删除、模拟恢复、真的删除，都使用简单的遍历即可（最典型的深搜遍历）。复杂度为执行模拟操作的节点数正相关，不只是紫色的那些疑似垃圾变量。

默认的，PHP的垃圾回收机制是打开的，你可以在配置文件php.ini中修改它：zend.enable_gc 。

　　当垃圾回收机制打开时，每当根缓存区存满时，就会执行上面描述的循环查找算法。根缓存区有固定的大小，可存10,000个可能根,当然你可以通过修改PHP源码文件Zend/zend_gc.c中的常量GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，然后重新编译PHP，来修改这个10,000值。当垃圾回收机制关闭时，循环查找算法永不执行，然而，可能根将一直存在根缓冲区中，不管在配置中垃圾回收机制是否激活。

　　当垃圾回收机制关闭时，如果根缓冲区存满了可能根，更多的可能根显然不会被记录。那些没被记录的可能根，将不会被这个算法来分析处理。如果他们是循环引用周期的一部分，将永不能被清除进而导致内存泄漏。

　　即使在垃圾回收机制不可用时，可能根也被记录的原因是，相对于每次找到可能根后检查垃圾回收机制是否打开而言，记录可能根的操作更快。不过垃圾回收和分析机制本身要耗不少时间。

　　除了修改配置zend.enable_gc ，也能通过分别调用gc_enable() 和 gc_disable()函数来打开和关闭垃圾回收机制。调用这些函数，与修改配置项来打开或关闭垃圾回收机制的效果是一样的。即使在可能根缓冲区还没满时，也能强制执行周期回收。你能调用gc_collect_cycles()函数达到这个目的。这个函数将返回使用这个算法回收的周期数。

　　允许打开和关闭垃圾回收机制并且允许自主的初始化的原因，是由于你的应用程序的某部分可能是高时效性的。在这种情况下，你可能不想使用垃圾回收机制。当然，对你的应用程序的某部分关闭垃圾回收机制，是在冒着可能内存泄漏的风险，因为一些可能根也许存不进有限的根缓冲区。因此，就在你调用gc_disable()函数释放内存之前，先调用gc_collect_cycles()函数可能比较明智。因为这将清除已存放在根缓冲区中的所有可能根，然后在垃圾回收机制被关闭时，可留下空缓冲区以有更多空间存储可能根。

三、性能方面考虑的因素

　　相比较于PHP5.2，PHP5.3采用的这种垃圾回收机制对性能的影响主要体现在两个方面上：第一是内存占用空间的节省，第二是垃圾回收机制执行内存清理时的执行时间增加。

　　通常，PHP中的垃圾回收机制，仅仅在循环回收算法确实运行时会有时间消耗上的增加。但是在平常的(更小的)脚本中应根本就没有性能影响。

　　然而，在平常脚本中有循环回收机制运行的情况下，内存的节省将允许更多这种脚本同时运行在你的服务器上。因为总共使用的内存没达到上限。这种好处在长时间运行脚本中尤其明显，诸如长时间的测试套件或者daemon脚本此类。