理解PHP的垃圾回收机制

Posted 2020-11-20 周伯通的麦田

什么是垃圾回收机制

使用的是“引用计数”方式进行回收。简单地理解的话，就是每个分配的内存区域都有一个计数器，记录有多少个变量指针指向这片内存。当指向该片内存的指针数量为0，那么该片内存区域就可以被回收。

什么又算垃圾

    首先我们需要定义一下“垃圾”的概念， 说简单点是指变量的容器zval还存在，但是又没有任何变量名指向此zval。因此判断是否为垃圾的一个重要标准是有没有变量名指向变量容器zval。。

    假设我们有一段php代码，使用了一个临时变量$tmp存储了一个字符串，在处理完字符串之后，就不需要这个$tmp变量了，$tmp变量对于我们来说可以算是一个“垃圾”了，但是$tmp其实并不是一个垃圾，

    $tmp变量对我们没有意义，但是这个变量实际还存在，$tmp符号依然指向它所对应的zval，PHP代码中可能还会使用到此变量，所以不会将其定义为垃圾。

    那么如果我们在PHP代码中使用完$tmp后，调用unset删除这个变量，那么$tmp是不是就成为一个垃圾了呢？先不着急回答这个问题。我们来举个例子: 

<?php
$a = array(‘one‘); 
$a[] = &$a; 
unset($a);
?> 

这样$a数组就有两个元素，一个索引为0，值为字符one,另外一个索引为1，为$a自身的引用，内部存储如下:

a: (refcount=2, is_ref=1)=array (
   0 => (refcount=1, is_ref=0)=‘one‘,
   1 => (refcount=2, is_ref=1)=…
)

“…”表示1指向a自身，是一个环形引用：

 

最后我们对$a进行unset,那么$a会从符号表中删除，同时$a指向的zval的refcount减少1

那么问题也就产生了，$a已经不在符号表中了，用户无法再访问此变量，但是$a之前指向的zval的refcount变为1而不是0，因此不能被回收，这样产生了内存泄露：

 

这样，这么一个zval就成为了一个真是意义的垃圾了，新的GC要做的工作就是清理这种垃圾。

为解决这种垃圾，产生了新的GC

    在PHP5.3版本中，使用了专门GC机制清理垃圾，在之前的版本中是没有专门的GC，那么垃圾产生的时候，没有办法清理，内存就白白浪费掉了。在PHP5.3源代码中多了以下文件:{PHPSRC}/Zend/zend_gc.h {PHPSRC}/Zend/zend_gc.c, 这里就是新的GC的实现，我们先简单的介绍一下算法思路，然后再从源码的角度详细介绍引擎中如何实现这个算法的。

 

新的GC算法

    在较新的PHP手册中有简单的介绍新的GC使用的垃圾清理算法，这个算法名为 Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems ， 这里不详细介绍此算法，根据手册中的内容来先简单的介绍一下思路：

首先我们有几个基本的准则：

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

只有在准则3下，GC才会把zval收集起来，然后通过新的算法来判断此zval是否为垃圾。那么如何判断这么一个变量是否为真正的垃圾呢？

简单的说，就是对此zval中的每个元素进行一次refcount减1操作，操作完成之后，如果zval的refcount=0，那么这个zval就是一个垃圾。

 

PHP5.3针对这个重大的缺陷做了优化。虽然其基础仍然是引用计数，但是在做了一些改良，能够将环状引用导致的内存泄露控制在一定的规模以内。当然，这并不是说你可以随便滥用内存，编写代码时仍然要小心为上！
补充重点：
1.PHP脚本运行完毕，该脚本申请的所有内存空间都会释放，不管是否存在环状引用。因此环状引用内存泄露的问题一般只影响长时间运行的程序脚本。
 
2.垃圾回收机制需要满足一定的条件才会执行。因此unset后，系统并不一定会立即回收垃圾。
 
3.unset的作用。
“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”。也就是说，如果有一个以上的变量指向同一个内存区域，或者存在环状引用，那么unset不会使内存区域释放。断开也说明unset并不会直接删除内存区域，而只是改变其引用计数而已。
 
4.$a=null的作用。
“$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”。根据我对这个定义的理解，=null操作可以立即释放掉内存空间！

因此很多PHP技巧中不厌其烦地对我们说，先将变量设为null，再unset。理解其深层原理后，我才彻底理解了这样做的原因！=null才是根本！