php底层原理之垃圾回收机制（版本一）

你的名字 2021-10-19 17:10 210阅读 0赞

#                                     [php底层原理之垃圾回收机制][php] #

php垃圾回收机制，对于PHPer来说是一个不陌生但是又不是很熟悉的内容。那么php是怎么实现对不需要的内存进行回收的呢？

## php变量的内部存储结构 ##

首先还是需要了解下基础知识，便于垃圾回收原理内容的理解。大家都知道php是由C编写而成的，所以php变量的内部存储结构也会和C语言相关，即zval的结构体：

struct _zval_struct {
        union {
            long lval;
            double dval;
            struct {
                char *val;
                int len;
            } str;
            HashTable *ht;
            zend_object_value obj;
        } value;                    //变量value值
        zend_uint refcount__gc;   //引用计数内存中使用次数，为0删除该变量
        zend_uchar type;           //变量类型
        zend_uchar is_ref__gc;    //区分是否是引用变量
    };

从上面结构体内容可以看出每一个php变量都会由`变量类型`、`value值`、`引用计数次数`和`是否是引用变量`四部分组成

注：上面zval结构体是php5.3版本之后的结构，php5.3之前因为没有引入新的垃圾回收机制，即GC，所以命名也没有`_gc`；而php7版本之后由于性能问题所以改写了zval结构，这里不再表述

## 引用计数原理 ##

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

### 变量容器 ###

非array和object变量

每次将常量赋值给一个变量时，都会产生一个变量容器

举例：

$a = 'chenrui的技术成长之路';
    xdebug_debug_zval('a')

结果：

a: (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路'

array和object变量

会产生元素个数+1的变量容器

举例：

$b = [
    'name' => 'chenrui的技术成长之路',
    'number' => 3
    ];
    xdebug_debug_zval('b')

结果：

b: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)

### 赋值原理（写时复制技术） ###

了解了常量赋值之后，接下来我们从内存角度思考变量之间的赋值

举例：

$a = [
    'name' => 'chenrui的技术成长之路',
    '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'] = 'chenrui的技术成长之路1';//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');

结果：

a: (refcount=2, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
    b: (refcount=2, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
    a: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=3)
    b: (refcount=1, is_ref=0)=array ('name' => (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路1', '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`

### 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`

举例：

$a = "chenrui的技术成长之路";
    $b = $a;
    xdebug_debug_zval('a');
    unset($b);
    xdebug_debug_zval('a');

结果：

a: (refcount=2, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路'
    a: (refcount=1, is_ref=0)='chenrui的技术成长之路'

### 循环引用引发的内存泄露问题 ###

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

举例：

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

由于该示例不好输出结果，用图表示，如图：  
![循环引用][aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9yZW1vdGUvMTQ2MDAwMDAxODM2OTc5Mj93PTUzMyZoPTE0NA]

举例：

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

如图：  
![循环引用的内存泄漏][aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9yZW1vdGUvMTQ2MDAwMDAxODM2OTc5Mz93PTQ2MyZoPTE0NA]

## 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

### 确认为垃圾的准则 ###

1、如果引用计数减少到零，所在变量容器将被清除(free)，不属于垃圾  
2、如果一个zval 的引用计数减少后还大于0，那么它会进入垃圾周期。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。

## 总结 ##

垃圾回收机制：  
1、以php的引用计数机制为基础（php5.3以前只有该机制）  
2、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）

\--------------------------------------------------------------------简易说明-------------------------------------------------------------

#                                php垃圾回收和内存管理机制 #

一、PHP 垃圾回收机制(Garbage Collector 简称GC)

在PHP中，没有任何变量指向这个对象时，这个对象就成为垃圾。PHP会将其在内存中销毁；这是PHP的GC垃圾处理机制，**防止内存溢出**。

当一个PHP线程结束时，当前占用的所有内存空间都会被销毁，当前程序中所有对象同时被销毁。GC进程一般都跟着每起一个SESSION而开始运行的.gc目的是为了在session文件过期以后自动销毁删除这些文件.

二、\_\_destruct /unset

\_\_destruct() 析构函数，是在垃圾对象被回收时执行。

unset 销毁的是指向对象的变量，而不是这个对象。

三、 Session 与PHP垃圾回收机制

由于PHP的工作机制，它并没有一个daemon线程来定期的扫描Session信息并判断其是否失效，当一个有效的请求发生时，PHP 会根据全局变量 session.gc\_probability和session.gc\_divisor的值，来决定是否启用一个GC, 在默认情况下，session.gc\_probability=1, session.gc\_divisor =100也就是说有1%的可能性启动GC(也就是说100个请求中只有一个gc会伴随100个中的某个请求而启动).

PHP垃圾回收机制的工作就是扫描所有的Session信息，用当前时间减去session最后修改的时间，同session.gc\_maxlifetime参数进行比较，如果生存时间超过gc\_maxlifetime(默认24分钟),就将该session删除。   
但是，如果你Web服务器有多个站点，多个站点时,GC处理session可能会出现意想不到的结果，原因就是：GC在工作时，并不会区分不同站点的session.

那么这个时候怎么解决呢？

1. 修改session.save\_path,或使用session\_save\_path()让每个站点的session保存到一个专用目录，

2. 提供GC的启动率，自然，PHP垃圾回收机制的启动率提高，系统的性能也会相应减低，不推荐。   
    3. 在代码中判断当前session的生存时间，利用session\_destroy()删除.

PHP的内存管理, 分为俩大部分, 第一部分是PHP自身的内存管理, 这部分主要的内容就是**引用计数, 写时复制**, 等等面向应用的层面的管理. 而第二部分是 zend\_alloc中描写的关于PHP自身的内存管理, 包括它是**如何管理可用内存, 如何分配内存**等.

Zend Memory Manager, 以下简称Zend MM, 是PHP中内存管理的逻辑. 其中有一个关键数据结构: zend\_mm\_heap

Zend MM把内存分为**小块内存**和**大块内存**俩种, 区别对待, 对于小块内存, 这部分是最最常用的, 所以追求**高性能**. 而对于大块内存, 则追求的是**稳妥**,**尽量避免内存浪费**.

所以, 对于小块内存, PHP还引入了**cache机制**，Zend MM 希望通过cache尽量做到, 一次定位就能查找分配.

[php]: https://segmentfault.com/a/1190000018369789
[aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9yZW1vdGUvMTQ2MDAwMDAxODM2OTc5Mj93PTUzMyZoPTE0NA]: /images/20211019/8260d9dc278b448f95ad0b8e5b87c5ab.png
[aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9yZW1vdGUvMTQ2MDAwMDAxODM2OTc5Mz93PTQ2MyZoPTE0NA]: /images/20211019/00c006ea72094eeba26ca0bb7c781423.png