深入理解变量改变时PHP内核发生的一些变化

Posted 2020-10-03 冰雪之源

《Extending and Embedding php》PHP扩展开发和内核应用最好的书，没有之一。对php中变量的引用计数、写时复制，写时改变，写时复制和改变做个”翻译“。

ZVAL

看下面的内容之前先对zval这个结构体做个了解

zval结构体中共有4个元素，value是一个联合体，用来真正的存储zval的值，refcount用来计数该zval被多少个变量使用，type表示zval所存储的数据类型，is_ref用来标志该zval是否被引用。

引用计数

我们一起来剖析下上面这段代码：

• $a = \'Hello World\';首先这句代码被执行，内核创建一个变量，并分配12字节的内存去存储字符串\'Hello World\'和末尾的NULL。

• $b = $a;接着执行这句代码，执行这句的时候内核里面发生了什么呢？

  • 对$a所指向的zval中的refcount进行加1操作。

  • 将变量$b指向$a所指向的zval。
    在内核中大概是这样的，其中active_symbol_table是当前的变量符号表

  

   unset($a);这句代码执行后，内核会将a对应的zval结构体中的refcount计数减一，b还和原来一样

写时复制

上面这段代码执行完之后，一般肯定希望$a=1,$b=6,但是如果像引用计数那样，$a和$b指向相同的zval，修改$b之后$a不是也变了？
这个具体是怎么实现的呢，我们一起来看下：

• $a = 1;内核创建一个zval，并分配4个字节存储数字1。
• $b = $a;这一步和引用计数中的第二步一样，将$b指向和$a相同的zval，并将zval中的引用计数值refcount加1。

• $b += 5;关键是这一步，这一步骤发生了什么呢，怎么确保修改之后不影响$a。

  • 其实Zend内核在改变zval之前都会去进行get_var_and_separete操作，如果recfount>1,就需要分离就创建新的zval返回，否则直接返回变量所指向的zval，下面看看如何分离产生新的zval。
  • 复制一个和$b所指向zval一样的zval。
  • 将$b所指向的zval中的refcount计数减1。
  • 初始化生成的新zval，设置refcount=1，is_ref=0。
  • 让$b指向新生成的zval。

  • 对新生成的zval进行操作，这就是写时复制。
    下面看看内核中分离时的主要代码：

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    写时改变

    

    上面这段代码执行完之后一般希望是：$a == $b == 6。这个又是怎么实现的呢？

    • $a = 1;这一步骤和写时复制中的第一步一样。
    • $b = &$a;这一步骤内核会将$b指向$a所指向的zval，将zval中的refcount加1，并将zval中的is_ref置为1。

    • $b += 5;这一步骤和写时复制中的第三步骤一样，但是内核中发生的事情却不一样。

      • 内核看到$b进行变化的时候，也会执行get_var_and_separate函数，看是否需要分离。
      • 如果(*varval)->is_ref的话也会直接返回$b所指向的zval，不去分离产生新的zval，不管zval的refcount是否>1。
      • 这时候再去修改$b值，$a的值也就改变了，因为他们指向相同的zval。
      • 分离的问题
      • 说道现在聪明的你可能已经看出点问题了，如果一个zval结构体既有refcount计数又有is_ref引用这个时候怎么办？
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      • 如果出现上面这种情况的时候，如果$a、$b、$c指向同一个zval结构体，进行改变的时候Zend到底去听谁的？其实这个地方不会指向同一个zval了。
        如果对一个is_ref = 0 && refcount >1的zval进行写时改变这种赋值形式(就是引用赋值)的时候，Zend会将等号右边的变量分离出来一个新的zval，
        对这个zval进行初始化，对之前的zval的refcount进行减1操作，让等号左边的变量指向这个新的zval，refcount进行加1操作，is_ref=1。看看下面这张图片

        

         

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        上面这又是另外一种情况，在is_ref = 1的情况下，试图单纯的进行refcount+1操作的时候会分离出来一个新的zval给等号左边的变量，并初始化他，看看下面这张图片

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        参考文献：

      • 1.《Extending and Embedding PHP》- Chaper 3 - Memory Management.