php中垃圾回收机制

php中垃圾回收机制

我们可能在开发中经常会听到gc，是的gc就是垃圾回收容器，全称Garbage Collection。

此篇文章中“垃圾”的概念：如果一个变量容器能被减少到0，说明他就已经没有被引用了，属于正常销毁，所以不属于垃圾，而垃圾是指当外部引用被全部清除后，引用计数还不为0的变量容器

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。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

当一个变量被赋常量值时，就会生成一个zval变量容器，如下例这样：

如果安装了xdebug,可以通过调用函数 xdebug_debug_zval()显示"refcount"和"is_ref"的值。

<?php
$a = "new string";
xdebug_debug_zval('a');
?>

a: (refcount=1, is_ref=0)='new string'

把一个变量赋值给另一变量将增加引用次数(refcount).

$a = ['name'=>'lq','number'=>3];  //创建一个变量容器，变量a指向给变量容器，a的ref_count为1

$b = $a;//变量b也指向变量a指向的变量容器，a和b的ref_count为2

xdebug_debug_zval('a', 'b'); 

$b['name'] = '我的的技术成长之路';//变量b的其中一个元素发生改变，此时会复制出一个新的变量容器，变量b重新指向新的变量容器，a和b的ref_count变成1

xdebug_debug_zval('a', 'b'); 

以上将会输出：

a: (refcount=2, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='lq', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3) 
b: (refcount=2, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='lq', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3) 
a: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='lq', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3) 
b: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='lq', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)

所以，当变量a赋值给变量b的时候，并没有立刻生成一个新的变量容器，而是将变量b指向了变量a指向的变量容器，即内存"共享"；而当变量b其中一个元素发生改变时，才会真正发生变量容器复制，这就是写时复制技术

因为同一个变量容器被变量 a 和变量 b关联。函数执行结束，或者对变量调用了函数 unset()时，”refcount“就会减1，下面的例子就能说明:

$a = "new string";
$c = $b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
unset( $b, $c );
xdebug_debug_zval( 'a' );

引用计数清0

当变量容器的ref_count计数清0时，表示该变量容器就会被销毁，实现了内存回收，这也是php5.3版本之前的垃圾回收机制

以上将会输出：

a: (refcount=3, is_ref=0)='new string'
a: (refcount=1, is_ref=0)='new string'

// 说明：unset并非一定会释放内存，当有两个或以上的变量指向的时候，并非会释放变量占用的内存，只是refcount减1.

当我们使用引用赋值时：

$name = "一路向北";
$temp_name = &$name;
xdebug_debug_zval('name');

输出结果：

name:(refcount=2, is_ref=1),string '一路向北' (length=18)

是的引用赋值会导致zval通过is_ref来标记是否存在引用的情况。

数组类型：

$name = ['a'=>'apple', 'b'=>'big_apple'];
xdebug_debug_zval('name');

我们会得到：

name:
(refcount=1, is_ref=0),
array (size=2)
  'a' => (refcount=1, is_ref=0),string 'apple' (length=9)
  'b' => (refcount=1, is_ref=0),string 'big_apple' (length=9)

这个结构应该也很好理解：对于数组来说是一个整体，对于数组中的k=>v来说也是一个独立的整体，各自维护自己的zval的refount和is_ref。

php的内存管理机制

//获取内存方法，加上true返回实际内存，不加则返回表现内存
var_dump(memory_get_usage());
$name = "一路向北";
var_dump(memory_get_usage());
unset($name);
var_dump(memory_get_usage());

int 1593048
int 1593264
int 1593048

过程：定义变量->增加内存->变量清除->恢复内存

看个例子：

$name = str_repeat('1',255);     //产生由255个1组成的字符串
$memory = memory_get_usage();    //获取当前占用内存
unset($name);
$memory_s = memory_get_usage();   //unset()后再查看当前占用内存
echo $memory -$memory_s  ; 

//最后输出unset()之前占用内存减去unset()之后占用内存，
//如果是正数那么说明unset($name)已经将$name从内存中销毁(或者 说，unset()之后内存占用减少了)
//可是得到的结果是：-48，这是否可以说明unset($name)并没有起 到销毁变量$name所占用内存的作用 

$name = str_repeat('1',256);   //产生由256个1组成的字符串
$memory = memory_get_usage();    //获取当前占用内存 unset($name);
$memory_s= memory_get_usage();   //unset()后再查看当前占用内存
echo $memory-$memory_s; 

这个例子和上面的例子几乎相同，唯一的不同是，$name由256个1组成，即比第一个例子多了一个1
得到结果是：224。这是否可以说明，unset($name)已经将$name所占用的内存销毁了 

$name = str_repeat('1',256);       //这和第二个例子完全相同
$php = &$name;
$memory  = memory_get_usage();
unset($name);                      //销毁$name
$memory_s = memory_get_usage();
echo $php . '<br />';
echo $memory-$memory_s; 

/**
* 我们看到第一行有256个1，第二行是-48，按理说我们已经销毁了$name，*而$php只是引用$name的变量
* 应该是没有内容了，另外，unset($name)后内存占用却比unset()前增加了
*/

$name = str_repeat('1', 256);      //这和第二个例子完全相同
$php = &$name;
$memory   = memory_get_usage();
unset($name);                      //销毁$name
unset($php);                       //销毁$php
$memory_s= memory_get_usage();
echo $php . '<br />';
echo$memory-$memory_s; 

/**
* 我们将$name和$php都使用unset()销毁，这时再看内存占用量之差也是* * 224，说明这样也可以释放内存
*/

由此得到结论是：unset()函数只能在变量值占用内存空间超过256字节时才会释放内存空间，并且如果变量存在引用赋值，那么需要指向该存储单元的所以变量都销毁才会释放内存空间

老版本php中如何产生内存泄漏垃圾？

产生内存泄漏主要真凶：环形引用。

一个经典的场景：

$a = ["one"];
$a[] = &$a;
xdebug_debug_zval('a');

debug的输出：

a:
(refcount=2, is_ref=1),
array (size=2)
  0 => (refcount=1, is_ref=0),string 'one' (length=3)
  1 => (refcount=2, is_ref=1),
          &array<  // 递归引用自身

这样 $a数组就有了两个元素，一个索引0，值为one字符串，另一个索引为1，为$a自身的引用。

借用一下官方的图：

接下来我们删掉$a:

$a = ['one'];
$a[] = &$a;
unset($a);

得到：

(refcount=1, is_ref=1)=array (
   0 => (refcount=1, is_ref=0)='one',
   1 => (refcount=1, is_ref=1)=...
)

如果在小于php5.3的版本就会出现一个问题：$a已经不在符号表了，没有变量再指向此zval容器，用户已无法访问，但是由于数组的refcount变为1而不是0，导致此部分内存不能被回收从而产生了内存泄漏。

5.3版本以后php是如何处理垃圾内存的？

新的垃圾回收机制

php5.3版本之后引入根缓冲机制，即php启动时默认设置指定zval数量的根缓冲区（默认是10000），当php发现有存在循环引用的zval时，就会把其投入到根缓冲区，当根缓冲区达到配置文件中的指定数量（默认是10000）后，就会进行垃圾回收，以此解决循环引用导致的内存泄漏问题

为解决环形引用导致的垃圾，产生了新的GC算法，遵守以下几个基本准则：

1.如果一个zval的refcount增加，那么此zval还在使用，不属于垃圾

2.如果一个zval的refcount减少到0， 那么zval可以被释放掉，不属于垃圾

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

引用php官方手册的配图：

以下解释属于个人理解，如有问题或错误请评论区留言。

A：为了避免每次变量的refcount减少的时候都调用GC的算法进行垃圾判断，算法会在满足准则3情况下的zval节点放入一个节点(root)缓冲区(root buffer)(自我理解：当php发现有存在循环引用的zval时，就会把其投入到根缓冲区)，并且将这些zval节点标记成紫色，同时算法必须确保每一个zval节点在缓冲区中之出现一次。当缓冲区被节点塞满的时候，GC才开始开始对缓冲区中的zval节点进行垃圾判断。

B：当缓冲区满了之后，算法以深度优先对每一个节点所包含的zval进行减1操作，为了确保不会对同一个zval的refcount重复执行减1操作，一旦zval的refcount减1之后会将zval标记成灰色。需要强调的是，这个步骤中，起初节点zval本身不做减1操作，但是如果节点zval中包含的zval又指向了节点zval（环形引用），那么这个时候需要对节点zval进行减1操作。
C：算法再次以深度优先判断每一个节点包含的zval的值，如果zval的refcount等于0，那么将其标记成白色(代表垃圾)，如果zval的refcount大于0，那么将对此zval以及其包含的zval进行refcount加1操作，这个是对非垃圾的还原操作，同时将这些zval的颜色变成黑色（zval的默认颜色属性）

D：遍历zval节点，将C中标记成白色的节点zval释放掉。

总结：

1. unset函数：unset只是断开一个变量到一块内存区域的连接，同时将该内存区域的引用计数-1；内存是否回收主要还是看refcount是否到0了，以及gc算法判断。
2. = null 操作；a=null是直接将a 指向的数据结构置空，同时将其引用计数归0。
3. 脚本执行结束;脚本执行结束，该脚本中使用的所有内存都会被释放，不论是否有引用环。
4. 以php的引用计数机制为基础（php5.3以前只有该机制），同时使用根缓冲区机制，当php发现有存在循环引用的zval时，就会把其投入到根缓冲区，当根缓冲区达到配置文件中的指定数量后，就会进行垃圾回收，以此解决循环引用导致的内存泄漏问题（php5.3开始引入该机制）