PHP カーネルで調べる変数 (1) Zval、カーネル zval_PHP チュートリアル

PHP カーネルで調査される変数 (1) Zval、カーネル zval

データのコンテナとして、変数が数値、配列、文​​字列、オブジェクトなどであるかどうかにかかわらず、変数を扱う必要があることがよくあります。変数は言語の不可欠な基礎を形成していると言われています。この記事は、PHP カーネルで検討される変数に関する最初の記事であり、主に次の側面を含む zval の基本的な知識を紹介します。

急いで書いているため、間違いがあるかもしれません、ご指摘ください。

1. Zvalの基本構造

Zval は、PHP で最も重要なデータ構造の 1 つです (もう 1 つの重要なデータ構造は、PHP の変数の値と型に関する情報が含まれています)。これは構造体であり、基本的な構造は次のとおりです:

リーリー

その中に:

1. zval_value値

変数の実際の値、特に zvalue_value:

の和集合 リーリー

2. zend_uint refcount__gc

この値は実際にはカウンターであり、変数 (またはシンボル

symbols) の数を保存するために使用されます。すべてのシンボルはシンボル テーブル (シンボル テーブル) に保存されます。異なるスコープでは異なるシンボル テーブルが使用されます。これについては、後で説明します。後で説明します) zval を指します。変数が生成されると、その refcount=1 になります。$a = $b などの一般的な代入操作では zval の refcount が 1 ずつ増加し、それに応じて unset 操作によって 1 ずつ減少します。 PHP5.3 より前では、GC の実装に参照カウント メカニズムが使用されていました。zval の refcount が 0 未満の場合、Zend エンジンは zval を指す変数が存在しないと判断し、その結果、zval が占有しているメモリ空間を解放していました。ズヴァル。しかし、物事はそれほど単純ではない場合もあります。 zval を指す変数が設定されていない場合でも、単純な参照カウント メカニズムでは循環参照された zval を GC できず、その結果メモリ リーク (メモリ リーク) が発生することが後でわかります。

3. zend_uchar型

このフィールドは、変数の実際の型を示すために使用されます。 PHP の学習を始めたとき、PHP の変数には

4 つのスカラー型(bool、int、float、string)、2 つの複合型(配列、オブジェクト)、2 つの特殊型 (リソースと NULL) が含まれていることをすでに知っていました。 。 zend 内では、これらの型は次のマクロに対応します (コードの場所 phpsrc/Zend/zend.h): リーリー

4. is_ref__gc このフィールドは、変数が参照変数であるかどうかをマークするために使用されます。通常の変数の場合は値が 0、参照変数の場合は値が 1 になります。この変数は、zval の共有、分離などに影響します。これについては後で説明します。

名前が示すように、ref_count__gc と

is_ref__gc

は、PHP の GC メカニズムに必要な 2 つの非常に重要なフィールドであり、これら 2 つのフィールドの値は、xdebug などのデバッグ ツールを通じて表示できます。 2. xdebugのインストールと設定

xdebug は、オープンソースの PHP パフォーマンス分析およびデバッグ ツールです。一般的なプログラムのデバッグには、

var_dump

、echo、print、debug_backtrace およびその他の一般的なデバッグ ツールで基本的に十分ですが、一部の複雑なデバッグやパフォーマンス テストには、xdebug が間違いなく優れたヘルパーです (Xhprof などの他のツールも使用できます)素晴らしい）。 この記事の基本環境:

xdebug をインストールする基本プロセスは次のとおりです (実際にソース コードから拡張機能をコンパイルします)。

1. ソースコードパッケージをダウンロードします。

ダウンロードアドレスは http://www.xdebug.org/docs/install

この記事でダウンロードしたバージョンはxdebug-2.6.tar.gzです

2. 解凍します

リーリー 3. xdebug ディレクトリで phpize

を実行します。 4. ./configure 構成

5. 作成&&インストール

これにより、xdebug/modules にある xdebug.so 拡張ファイル (zend_extension) が生成されます

6. php.ini に xdebug 拡張機能をロードします

リーリー 7. xdebug 構成を追加します

リーリー 各設定項目の意味についてはここでは詳しく紹介しません。詳細については、http://www.xdebug.org/docs/all を参照してください。 これで、PHP には Xdebug 拡張情報 (php -m または phpinfo()) が存在するはずです。

これで、スクリプト内で、xdebug_debug_zval を通じて Zval 情報を出力できます:

<?php
    $a = array( 'test' );
    $a[] = &$a;
    xdebug_debug_zval( 'a' );

3.　　Zval的更多原理

（注，本部分主要参考：http://derickrethans.nl/collecting-garbage-phps-take-on-variables.html， 作者Derick Rethans是一位优秀的PHP内核专家，在全世界做过多次报告，都有相关的pdf下载，这里（http://derickrethans.nl/talks.html ）有作者每次演讲的记录，很多都值得我们深入去学习研究）

前面我们已经说过，PHP使用Zval这种结构来保存变量，这里我们将继续追踪zval的更多细节。

1.       创建变量时，会创建一个zval.

$str = "test zval";
xdebug_debug_zval('str');

输出结果：

str: (refcount=1, is_ref=0)='test zval'

当使用$str="test zval";来创建变量时，会在当前作用域的符号表中插入新的符号（str）,由于该变量是一个普通的变量，因此会生成一个refcount=1且is_ref=0的zval容器。也就是说，实际上是这样的:

2.       变量赋值给另外一个变量时，会增加zval的refcount值。

$str  = "test zval";
$str2 = $str;
xdebug_debug_zval('str');
xdebug_debug_zval('str2');

输出结果：      

str: (refcount=2, is_ref=0)=<span>'test zval'
str2: (refcount</span>=2, is_ref=0)='test zval'

同时我们看到，str和是str2这两个symbol的zval结构是一样的。这里其实是PHP所做的一个优化，由于str和str2都是普通变量，因而它们指向了同一个zval，而没有为str2开辟单独的zval。这么做，可以在一定程度上节省内存。这时的str,str2与zval的对应关系是这样的：

 

3.       使用unset时，对减少相应zval的refcount值

$str  = "test zval";
$str3 = $str2 = $str;
xdebug_debug_zval('str');
unset($str2,$str3)
xdebug_debug_zval('str');
 

结果为：

str: (refcount=3, is_ref=0)=<span>'test zval'
str: (refcount</span>=1, is_ref=0)='test zval'

由于unset($str2,$str3)会将str2和str3从符号表中删除，因此，在unset之后，只有str指向该zval，如下图所示：

 

现在如果执行unset($str)，则由于zval的refcount会减少到0，该zval会从内存中清理。这当然是最理想的情况。

但是事情并不总是那么乐观。

4.       数组变量与普通变量生成的zval非常类似，但也有很大不同

与标量这些普通变量不同，数组和对象这类复合型的变量在生成zval时，会为每个item项生成一个zval容器。例如：

$ar = array(
    'id'   => 38,
    'name' => 'shine'
); <br /><span>xdebug_debug_zval('ar');</span>

打印出zval的结构是：

ar: (refcount=1, is_ref=0)=<span>array (
    'id' </span>=> (refcount=1, is_ref=0)=38,<span> 
    'name' </span>=> (refcount=1, is_ref=0)=<span>'shine'
)</span>

如下图所示：

 

可以看出，变量$ar生成的过程中，共生成了3个zval容器（红色部分标注）。对于每个zval而言，refcount的增减规则与普通变量的相同。例如，我们在数组中添加另外一个元素，并把$ar['name']的值赋给它：

$ar = array(
    'id'   => 38,
    'name' => 'shine'
);

$ar['test'] = $ar['name'];
xdebug_debug_zval('ar');

则打印出的zval为：

ar: (refcount=1, is_ref=0)=<span>array (
    'id' </span>=> (refcount=1, is_ref=0)=38,<span>
    'name' </span>=> (refcount=2, is_ref=0)='shine',<span>
    'test' </span>=> (refcount=2, is_ref=0)=<span>'shine'
)</span>

如同普通变量一样，这时候,name和test这两个symbol指向同一个zval:

 

同样的，从数组中移除元素时，会从符号表中删除相应的符号，同时减少对应zval的refcount值。同样，如果zval的refcount值减少到0，那么就会从内存中删除该zval：

$ar = array(
    'id'   => 38,
    'name' => 'shine'
);

$ar['test'] = $ar['name'];
unset($ar['test'],$ar['name']);
xdebug_debug_zval('ar');

输出结果为：

ar: (refcount=1, is_ref=0)=array ('id' => (refcount=1, is_ref=0)=38)

5.       引用的出现，会令zval的规则变得复杂

在加入引用之后，情况会变的稍微复杂一点。例如，在数组中添加对本身的引用：

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

输出的结果：

a: (refcount=2, is_ref=1)=<span>array (
    </span>0 => (refcount=1, is_ref=0)='one', 
    1 => (refcount=2, is_ref=1)=<span>...
)</span>

上述输出中，…表示指向原始数组，因而这是一个循环的引用。如下图所示：

 

现在，我们对$a执行unset操作，这会在symbol table中删除相应的symbol,同时，zval的refcount减1（之前为2），也就是说，现在的zval应该是这样的结构：

(refcount=1, is_ref=1)=<span>array (
    </span>0 => (refcount=1, is_ref=0)='one', 
    1 => (refcount=1, is_ref=1)=<span>...
)</span>

也就是下图所示的结构：

 

　　这时，不幸的事情发生了！

　　Unset之后，虽然没有变量指向该zval，但是该zval却不能被GC（指PHP5.3之前的单纯引用计数机制的GC）清理掉，因为zval的refcount均大于0。这样，这些zval实际上会一直存在内存中，直到请求结束（参考SAPI的生命周期）。在此之前，这些zval占据的内存不能被使用，便白白浪费了，换句话说，无法释放的内存导致了内存泄露。

　　如果这种内存泄露仅仅发生了一次或者少数几次，倒也还好，但如果是成千上万次的内存泄露，便是很大的问题了。尤其在长时间运行的脚本中（例如守护程序，一直在后台执行不会中断），由于无法回收内存，最终会导致系统“再无内存可用”。

6.       zval分离（Copy on write和change on write）

前面我们已经介绍过，在变量赋值的过程中例如$b = $a，为了节省空间,并不会为$a和$b都开辟单独的zval，而是使用共享zval的形式：

        

那么问题来了：如果其中一个变量发生变化时，如何处理zval的共享问题？

对于这样的代码：

$a = "a simple test";
$b = $a;

echo "before write:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

$b = "thss";
echo "after write:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

打印的结果是：

<span>before write:
a: (refcount</span>=2, is_ref=0)=<span>'a simple test'
b: (refcount</span>=2, is_ref=0)=<span>'a simple test'
after write:
a: (refcount</span>=1, is_ref=0)=<span>'a simple test'
b: (refcount</span>=1, is_ref=0)='thss'

起初，符号表中a和b指向了同一个zval(这么做的原因是节省内存)，而后$b发生了变化，Zend会检查b指向的zval的refcount是否为1，如果是1，那么说明只有一个符号指向该zval，则直接更改zval。否则，说明这是一个共享的zval，需要将该zval分离出去，以保证单独变化互不影响，这种机制叫做COW –Copy on write。在很多场景下，COW都是一种比较高效的策略。

那么对于引用变量呢？

$a = 'test';
$b = &$a;<br />
echo "before change:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');<br />
$b = 12;
echo "after change:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');<br />
unset($b);
echo "after unset:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');

输出的结果为：

<span>before change:
a: (refcount</span>=2, is_ref=1)=<span>'test'
b: (refcount</span>=2, is_ref=1)=<span>'test'

after change:
a: (refcount</span>=2, is_ref=1)=12<span>
b: (refcount</span>=2, is_ref=1)=12<span>

after unset:
a: (refcount</span>=1, is_ref=0)=12

可以看出，在改变了$b的值之后，Zend会检查zval的is_ref检查是否是引用变量，如果是引用变量，则直接更改即可，否则，需要执行刚刚提到的zval分离。由于$a 和 $b是引用变量，因而更改共享的zval实际上也间接更改了$a的值。而在unset($b)之后，变量$b从符号表中删除了。

这里也说明一个问题，unset并不是清除zval，而只是从符号表中删除相应的symbol。这样一来，之前很多的关于引用的疑问也可以理解了（下一节我们将深入探索PHP的引用）。

本文参考文献：

 

http://www.bkjia.com/PHPjc/917482.htmlwww.bkjia.comtruehttp://www.bkjia.com/PHPjc/917482.htmlTechArticlePHP内核探索之变量（1）Zval，内核zval 作为数据的容器，我们常常需要跟变量打交道，不管这个变量是数字、数组、字符串、对象还是其他，...