PHP垃圾回收机制

PHP垃圾回收机制是基于PHP的变量引用计数机制实现的，在了解引用计数机制之前，我们先了解一下PHP变量存储结构。

# 变量存储结构

在之前的文章PHP写时拷贝技术中，提到过PHP的变量容器通过refcont进行引用计数。在PHP7之后，zval结构发生了变化，以下面代码运行结果为例：

<?php

$startMemory = memory_get_usage();

$i = 4;
xdebug_debug_zval('i');
echo 'memory: ', memory_get_usage() - $startMemory, " bytes\n";

$j = $i;
echo 'share memory: ', memory_get_usage() - $startMemory, " bytes\n";
xdebug_debug_zval('i');

$j = 10;

echo 'no share memory: ', memory_get_usage() - $startMemory, " bytes\n";
xdebug_debug_zval('i');
?>
 
# 运行结果
i: (refcount=0, is_ref=0)=4
memory: 32 bytes
share memory: 32 bytes
i: (refcount=0, is_ref=0)=4
no share memory: 32 bytes
i: (refcount=0, is_ref=0)=4

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在运行$j=$i之后，变量$i的refcount并没有发生变化，而且是0（在PHP7之前版本测试中，应该是2)，这主要是由于PHP7的相关的数据结构发生了变化。

在PHP7中，变量分为变量名和变量值两部分，分别对应zval和zend_value。

zval

// php 变量对应的c结构体
struct _zval_struct {
    zend_value value;
    union {
       ……
    } u1;
    union {
        ……
    } u2;
};

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zend_value

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;//整形
    double            dval;//浮点型
    zend_refcounted  *counted;//获取不同类型的gc头部
    zend_string      *str;//string字符串
    zend_array       *arr;//数组
    zend_object      *obj;//对象
    zend_resource    *res;//资源
    zend_reference   *ref;//是否是引用类型
  
    // 忽略下面的结构，与我们讨论无关
    zend_ast_ref     *ast;
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        ZEND_ENDIAN_LOHI(
            uint32_t w1,
            uint32_t w2)
    } ww;
} zend_value;

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在 zval的 value中就记录了引用计数zend_refcounted *counted这个类型，我们的垃圾回收机制也是基于此的。

zend_refcounted

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;

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新的结构中，引用（REFERENCE）变为了一种数据结构而不再只是一个标记位了。

# 引用计数原理

了解了php变量的内部存储结构之后，再了解下php变量赋值相关的原理和早期垃圾回收机制。

PHP5.2中使用的内存回收算法是大名鼎鼎的Reference Counting，这个算法中文翻译叫做“引用计数”，其思想非常直观和简洁：为每个内存对象分配一个计数器，当一个内存对象建立时计数器初始化为1(因此此时总是有一个变量引用此对象)，以后每有一个新变量引用此内存对象，则计数器加1，而每当减少一个引用此内存对象的变量则计数器减1，当垃圾回收机制运作的时候，将所有计数器为0的内存对象销毁并回收其占用的内存。

# 内存泄漏

但是php5.3版本之前的垃圾回收机制存在一个漏洞，即当数组或对象内部子元素引用其父元素，而此时如果发生了删除其父元素的情况，此变量容器并不会被删除，因为其子元素还在指向该变量容器，但是由于所有作用域内都没有指向该变量容器的符号，所以无法被清除，因此会发生内存泄漏，直到该脚本执行结束

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

举例：

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

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由于该示例不好输出结果，用图表示，如图：

php底层原理之垃圾回收机制

举例：

unset($a);
xdebug_debug_zval('a');

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如图：

php底层原理之垃圾回收机制

# 根缓冲机制

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

# 为什么内存没有全部收回来

因为php的核心结构Hashtable，在定义的时候不可能一次性分配足够多的内存块，所以初始化的时候只会分配一小块，等不够的时候在进行扩容，而Hashtable只扩容不减少，所以当存入100个变量的时候符号表不够用了就进行一次扩容，当unset()时只是放了为变量值分配的内存，但是为变量名分配的内存还是在符号表中的，符号表并没有缩小，所以没收回来的内存是被符号表占去了。

php并不是只要内存不够就去向OS申请内存，而是先申请一大块内存，然后将其中一部分分给申请者，这样再有逻辑需要申请内存的时候，就不需要再向OS申请内存了，避免了重复申请，只有当一大块内存不够用的时候再去申请。而当释放内存时，php并非把内存还给了OS，而是把内存轨道自己维护的空闲内存列表，以便重复利用。

# 垃圾回收相关的配置

zend.enable_gc，默认值为on，如果想关闭垃圾回收机制，可以设置为off

# 小知识点

unset()：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减1，内存是否回收主要还是看refcount是否到0了。
null：将null赋值给一个变量是直接将该变量指向的数据结构置空，同时将其引用计数归0。
脚本执行结束：该脚本中所有内存都会被释放，无论是否有环引用。

# 参考文档

#PHP

上次更新: 2022/12/01, 11:09:34

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