php变量的实现

 1.php变量的实现
       变量名 zval  ，变量值 zend_value,php7的变量内存管理的引用计数 在zend_value结构上，变量的操作也都是zend_value实现的。

//zend_types.h
typedef struct _zval_struct     zval;

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;    //int整形
    double            dval;    //浮点型
    zend_refcounted  *counted;
    zend_string      *str;     //string字符串
    zend_array       *arr;     //array数组
    zend_object      *obj;     //object对象
    zend_resource    *res;     //resource资源类型
    zend_reference   *ref;     //引用类型，通过&$var_name定义的
    zend_ast_ref     *ast;     //下面几个都是内核使用的value
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        uint32_t w1;
        uint32_t w2;
    } ww;
} zend_value;

struct _zval_struct {
    zend_value        value; //变量实际的value
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4( //这个是为了兼容大小字节序，小字节序就是下面的顺序，大字节序则下面4个顺序翻转
                zend_uchar    type,         //变量类型
                zend_uchar    type_flags,  //类型掩码，不同的类型会有不同的几种属性，内存管理会用到
                zend_uchar    const_flags,
                zend_uchar    reserved)     //call info，zend执行流程会用到
        } v;
        uint32_t type_info; //上面4个值的组合值，可以直接根据type_info取到4个对应位置的值
    } u1;
    union {
        uint32_t     var_flags;
        uint32_t     next;                 //哈希表中解决哈希冲突时用到
        uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
        uint32_t     lineno;               /* line number (for ast nodes) */
        uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
        uint32_t     fe_pos;               /* foreach position */
        uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach iterator index */
    } u2; //一些辅助值
};

zval结构比较简单，内嵌一个union类型的zend_value保存具体变量类型的值或指针，zval中还有两个union：u1、u2:

u1： 它的意义比较直观，变量的类型就通过u1.v.type区分，另外一个值type_flags为类型掩码，在变量的内存管理、gc机制中会用到，第三部分会详细分析，至于后面两个const_flags、reserved暂且不管

        u2： 这个值纯粹是个辅助值，假如zval只有:value、u1两个值，整个zval的大小也会对齐到16byte，既然不管有没有u2大小都是16byte，把多余的4byte拿出来用于一些特殊用途还是很划算的，比如next在哈希表解决哈希冲突时会用到，还有fe_pos在foreach会用到......

从zend_value可以看出，除long、double类型直接存储值外，其它类型都为指针，指向各自的结构。

zval.u1.type类型

/* regular data types */
#define IS_UNDEF                    0
#define IS_NULL                     1
#define IS_FALSE                    2
#define IS_TRUE                     3
#define IS_LONG                     4
#define IS_DOUBLE                   5
#define IS_STRING                   6
#define IS_ARRAY                    7
#define IS_OBJECT                   8
#define IS_RESOURCE                 9
#define IS_REFERENCE                10

/* constant expressions */
#define IS_CONSTANT                 11
#define IS_CONSTANT_AST             12

/* fake types */
#define _IS_BOOL                    13
#define IS_CALLABLE                 14

/* internal types */
#define IS_INDIRECT                 15
#define IS_PTR                      17

简单的类型是true、false、long、double、null，其中true、false、null没有value，直接根据type区分，而long、double的值则直接存在value中

字符串结构

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

• gc： 变量引用信息，比如当前value的引用数，所有用到引用计数的变量类型都会有这个结构，3.1节会详细分析
• h： 哈希值，数组中计算索引时会用到
• len： 字符串长度，通过这个值保证二进制安全
• val： 字符串内容，分配时按len长度申请内存

字符串分类：

IS_STR_PERSISTENT(通过malloc分配的)

IS_STR_INTERNED(php代码里写的一些字面量，比如函数名、变量值)

IS_STR_PERMANENT(永久值，生命周期大于request)

IS_STR_CONSTANT(常量)

IS_STR_CONSTANT_UNQUALIFIED

数组结构   php数组的底层结构是hashTabe   (php内核的函数 类 文件索引表 全局符号表页都是用hash结构实现的)

hash结构根据hash码进行访问的key-value数据结构，根据key映射函数直接索引到value，采用直接寻址直接映射key到内存地址，查找的期望时间O(1)

typedef struct _zend_array HashTable;

struct _zend_array {
    zend_refcounted_h gc; //引用计数信息，与字符串相同
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    flags,
                zend_uchar    nApplyCount,
                zend_uchar    nIteratorsCount,
                zend_uchar    reserve)
        } v;
        uint32_t flags;
    } u;
    uint32_t          nTableMask; //计算bucket索引时的掩码
    Bucket           *arData; //bucket数组
    uint32_t          nNumUsed; //已用bucket数
    uint32_t          nNumOfElements; //已有元素数，nNumOfElements <= nNumUsed，因为删除的并不是直接从arData中移除
    uint32_t          nTableSize; //数组的大小，为2^n
    uint32_t          nInternalPointer; //数值索引
    zend_long         nNextFreeElement;
    dtor_func_t       pDestructor;
};

    arData指向存储元素数组的第一个Bucket，插入元素时按顺序 依次插入 数组，比如第一个元素在arData[0]、第二个在arData[1]...arData[nNumUsed]。PHP数组的有序性正是通过arData保证的，arData并不是按key映射的散列表,列表在ht->arData内存之前，分配内存时这个散列表与Bucket数组一起分配,arData向后移动到了Bucket数组的起始位置，并不是申请内存的起始位置，这样散列表可以由arData指针向前移动访问到，即arData[-1]、arData[-2]、arData[-3]......散列表的结构是uint32_t，它保存的是value在Bucket数组中的位置。

hash碰撞     不同的key可能计算得到相同的哈希值(数值索引的哈希值直接就是数值本身)，但是这些值又需要插入同一个散列表。一般解决方法是将Bucket串成链表，查找时遍历链表比较key。

数组扩容      容量不够时检查 删除元素的比例，达到一个阈值时重建索引，没有达到时直接扩容为当前大小的两倍，复制bucket到新的内存空间重建索引

重建散列表   当删除元素达到一定数量或扩容后都需要重建散列表，因为value在Bucket位置移动了或哈希数组nTableSize变化了导致key与value的映射关系改变，重建过程实际就是遍历Bucket数组中的value，然后重新计算映射值更新到散列表。

hash元素删除 一个元素从哈希表删除时并不会将对应的Bucket移除，而是将Bucket存储的zval修改为IS_UNDEF，只有扩容时发现nNumOfElements与nNumUsed相差达到一定数量(这个数量是:ht->nNumUsed - ht->nNumOfElements > (ht->nNumOfElements >> 5))时才会将已删除的元素全部移除，重新构建哈希表  。

对象/资源结构

struct _zend_object {
    zend_refcounted_h gc;
    uint32_t          handle;
    zend_class_entry *ce; //对象对应的class类
    const zend_object_handlers *handlers;
    HashTable        *properties; //对象属性哈希表
    zval              properties_table[];
};

struct _zend_resource {
    zend_refcounted_h gc;
    int               handle;
    int               type;
    void             *ptr;
};

对象比较常见，资源指的是tcp连接、文件句柄等等类型，这种类型比较灵活，可以随意定义struct，通过ptr指向。

引用类型结构

struct _zend_reference {
    zend_refcounted_h gc;
    zval              val;
};

引用是PHP中比较特殊的一种类型，它实际是指向另外一个PHP变量，对它的修改会直接改动实际指向的zval，可以简单的理解为C中的指针，但是PHP中的 引用只可能有一层 ，不会出现一个引用指向另外一个引用的情况 ，也就是没有C语言中指针的指针的概念。

2.内存管理

引用计数 使用的是refcount字段，变量复制和函数传参的时候直接refcount++，销毁变量refcount--,refcount=0销毁变量。

简单的标量数据类型不会用到引用计数直接是硬拷贝，只有value是指针的数据类型使用引用计数。

字符串的内部字符串类型不会用到引用计数，函数名 类名 静态字符串 变量名等字面量都是这种数据类型

写时复制

引用计数之后，如果其中一个变量试图更改value的内容则会重新拷贝一份value修改，同时断开旧的指向。

变量回收   主动销毁(unset)、自动销毁（）

PHP变量的回收是根据refcount实现的，当unset、return时会将变量的引用计数减掉，如果refcount减到0则直接释放value，这是变量的简单gc过程，但是实际过程中array、object两种类型中出现gc无法回收导致内存泄漏的bug。

当销毁一个变量时，如果发现减掉refcount后仍然大于0，且类型是IS_ARRAY、IS_OBJECT则将此value放入gc可能垃圾双向链表(缓冲buffer)中，等这个链表达到一定数量(10000个值)后启动检查程序将所有变量检查一遍，如果确定是垃圾则销毁释放。

遍历 buffer链表，把value标记 灰色-》 深度遍历value成员 refcount-- 标记灰色   -》 再次遍历buffer链表检查value的refcount是否是0 -》 是0表示是垃圾标记为白色，不是0表示不是垃圾 -》深度遍历不是0的value把所有成员变量的refcount++标记为黑色 -〉遍历buffer把白色的几点删除  清除这些垃圾