PHP의 가비지 수집 및 메모리 관리에 대한 자세한 분석
- 不言원래의
- 2018-08-15 09:40:551334검색
이 기사는 PHP의 가비지 수집 및 메모리 관리에 대한 자세한 분석을 제공합니다. 도움이 필요한 친구들이 참고할 수 있기를 바랍니다.
참조 계산
PHP 5.2 및 이전 버전에서 PHP의 가비지 수집은 참조 계산 알고리즘을 사용합니다.
참조 계산에 대한 기본 지식
php 변수는 "zval" 변수 컨테이너(데이터 구조)에 저장됩니다. "zval" 속성에는 다음 정보가 포함됩니다.
현재 변수의 데이터 유형;
- 현재 변수의 값 여기서 참고하는 것은 값을 전달하는 것이 아니므로 구별에 주의하시기 바랍니다.
- 변수에 값이 할당되면 해당 "zavl" 변수 컨테이너가 생성됩니다. 변수 zval 컨테이너 정보 보기
- 변수의 "zval" 컨테이너 정보를 보려면(즉, 변수의 is_ref 및 refcount를 보려면) XDebug 디버깅의 xdebug_debug_zval()
XDebug 도구를 성공적으로 설치했으며 이제 변수를 디버깅할 수 있다고 가정합니다.
일반 변수의 zval 정보 보기
PHP 문이 단순한 변수 할당인 경우 is_ref 식별자 값은 0이고 이 변수가 값으로 할당되면 refcount 값은 1입니다. 다른 변수를 추가한 다음 zval 변수 컨테이너의 참조 횟수를 늘립니다. 마찬가지로 변수가 삭제(설정 해제)되면 그에 따라 "refcount"가 1씩 뺍니다. 아래 예를 참조하세요.<?php // 变量赋值时，refcount 值等于 1 $name = 'liugongzi'; xdebug_debug_zval('name'); // (refcount=1, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9) // $name 作为值赋值给另一个变量， refcount 值增加 1 $copy = $name; xdebug_debug_zval('name'); // (refcount=2, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9) // 销毁变量，refcount 值减掉 1 unset($copy); xdebug_debug_zval('name'); // (refcount=1, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9)
쓰기 시 복사
<?php $name = 'liugongzi'; xdebug_debug_zval('name'); // name: (refcount=1, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9) $copy = $name; xdebug_debug_zval('name'); // name: (refcount=2, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9) // 将新的值赋值给变量 $copy $copy = 'liugongzi handsome'; xdebug_debug_zval('name'); // name: (refcount=1, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9) xdebug_debug_zval('copy'); // copy: (refcount=1, is_ref=0)='liugongzi handsome'liugongzi handsome 값이 $copy 변수에 할당되면 name과 copy의 refcount 값이 1이 된다는 것을 알고 계셨나요? 이 과정에서 다음 작업이 발생합니다. : $name의 zval에서 $copy를 분리합니다(예: 사본). $name의 refcount에서 1을 뺍니다.
- $name의 zval을 수정합니다(refcount 재할당 및 수정).
- 다음은 "기록 중 복사"에 대한 간략한 소개입니다. 관심 있는 친구는 기사 마지막에 제공된 참고 자료를 읽고 더 깊이 있는 연구를 수행할 수 있습니다.
- 참조 전달 변수의 zval 정보 보기
is_ref 값을 제외하고 일반 할당 문과 동일합니다.
은- 1
- 입니다. 이는 변수가 참조 값 유형으로 전달됨을 의미합니다. 이제 참조로 전달하는 예를 살펴보겠습니다.
<?php $age = 'liugongzi'; xdebug_debug_zval('age'); // (refcount=1, is_ref=0)string 'liugongzi' (length=9) $copy = &$age; xdebug_debug_zval('age'); // (refcount=2, is_ref=1)string 'liugongzi' (length=9) unset($copy); xdebug_debug_zval('age'); // (refcount=1, is_ref=1)string 'liugongzi' (length=9)
복합 유형의 참조 계산
은 스칼라 유형(정수, 부동 소수점, 부울 등), 배열 및 객체(객체)와 다릅니다. 이 유형 호환 참조 계산 규칙은 좀 더 복잡합니다. 더 나은 설명을 위해 먼저 배열의 참조 카운팅 예를 살펴보겠습니다.$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 ); xdebug_debug_zval( 'a' ); // a: // (refcount=1, is_ref=0) // array (size=2) // 'meaning' => (refcount=1, is_ref=0)string 'life' (length=4) // 'number' => (refcount=1, is_ref=0)int 42
그림에서 우리는 합성의 참조 카운팅 규칙을 알 수 있습니다. 유형은 기본적으로 스칼라와 동일합니다. 계산 규칙은 동일합니다. 주어진 예에서 PHP는 3개의 zval 변수 컨테이너를 생성합니다. 하나는 배열 자체를 저장하고 다른 두 개는 배열에 요소를 저장합니다.
기존 요소를 배열에 추가하면 참조 카운터 참조 횟수가 1씩 증가합니다.
$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 ); xdebug_debug_zval( 'a' ); $a['life'] = $a['meaning']; xdebug_debug_zval( 'a' ); // a: // (refcount=1, is_ref=0) // array (size=3) // 'meaning' => (refcount=2, is_ref=0)string 'life' (length=4) // 'number' => (refcount=0, is_ref=0)int 42 // 'life' => (refcount=2, is_ref=0)string 'life' (length=4)
대략적인 다이어그램은 다음과 같습니다. 
Memory Leak
복합 유형의 참조 계산 규칙은 스칼라 유형과 거의 동일하지만 참조 값이 변수인 경우 자체(즉, 순환 응용 프로그램)를 잘못 처리하면 메모리 누수가 발생할 수 있습니다. 
<?php // @link http://php.net/manual/zh/function.memory-get-usage.php#96280
function convert($size)
{
$unit=array('b','kb','mb','gb','tb','pb');
return @round($size/pow(1024,($i=floor(log($size,1024)))),2).' '.$unit[$i];
}
// 注意：有用的地方从这里开始
$memory = memory_get_usage();
$a = array( 'one' );
// 引用自身（循环引用）
$a[] =&$a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
var_dump(convert(memory_get_usage() - $memory)); // 296 b
unset($a); // 删除变量 $a，由于 $a 中的元素引用了自身（循环引用）最终导致 $a 所使用的内存无法被回收
var_dump(convert(memory_get_usage() - $memory)); // 568 b从内存占用结果上看，虽然我们执行了 unset($a) 方法来销毁 $a 数组，但内存并没有被回收，整个处理过程的示意图如下：
可以看到对于这块内存，再也没有符合表（变量）指向了，所以 PHP 无法完成内存回收，官方给出的解释如下：
尽管不再有某个作用域中的任何符号指向这个结构 (就是变量容器)，由于数组元素 “1” 仍然指向数组本身，所以这个容器不能被清除 。因为没有另外的符号指向它，用户没有办法清除这个结构，结果就会导致内存泄漏。庆幸的是，php 将在脚本执行结束时清除这个数据结构，但是在 php 清除之前，将耗费不少内存。如果你要实现分析算法，或者要做其他像一个子元素指向它的父元素这样的事情，这种情况就会经常发生。当然，同样的情况也会发生在对象上，实际上对象更有可能出现这种情况，因为对象总是隐式的被引用。
简单来说就是「引用计数」算法无法检测并释放循环引用所使用的内存，最终导致内存泄露。
引用计数系统的同步周期回收
由于引用计数算法存在无法回收循环应用导致的内存泄露问题，在 PHP 5.3 之后对内存回收的实现做了优化，通过采用 引用计数系统的同步周期回收 算法实现内存管理。引用计数系统的同步周期回收算法是一个改良版本的引用计数算法，它在引用基础上做出了如下几个方面的增强：
引入了可能根（possible root）的概念：通过引用计数相关学习，我们知道如果一个变量（zval）被引用，要么是被全局符号表中的符号引用（即变量），要么被复杂类型（如数组）的 zval 中的符号（数组的元素）引用，那么这个 zval 变量容器就是「可能根」。
引入根缓冲区（root buffer）的概念：根缓冲区用于存放所有「可能根」，它是固定大小的，默认可存 10000 个可能根，如需修改可以通过修改 PHP 源码文件 Zend/zend_gc.c 中的常量 GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，再重新编译。
回收周期：当缓冲区满时，对缓冲区中的所有可能根进行垃圾回收处理。
下图（来自 PHP 手册）,展示了新的回收算法执行过程：
引用计数系统的同步周期回收过程
缓冲区（紫色框部分，称为疑似垃圾），存储所有可能根（步骤 A）；
采用深度优先算法遍历「根缓冲区」中所有的「可能根（即 zval 遍历容器）」，并对每个 zval 的 refcount 减 1，为了避免遍历时对同一个 zval 多次减 1（因为不同的根可能遍历到同一个 zval）将这个 zvel 标记为「已减」（步骤 B）；
再次采用深度优先遍历算法遍历「可能根 zval」。当 zval 的 refcount 值不为 0 时，对其加 1,否则保持为 0。并请已遍历的 zval 变量容器标记为「已恢复」（即步骤 B 的逆运算）。那些 zval 的 refcount 值为 0 （蓝色框标记）的就是应该被回收的变量（步骤 C）；
删除所有 refcount 为 0 的可能根（步骤 D）。
整个过程为：
采用深度优先算法执行：默认删除 > 模拟恢复 > 执行删除 达到内存回收的目的。
优化后的引用计数算法优势
将内存泄露控制在阀值内，这个由缓存区实现，达到缓冲区大小执行新一轮垃圾回收；
提升了垃圾回收性能，不是每次 refcount 减 1 都执行回收处理，而是等到根缓冲区满时才开始执行垃圾回收。
你可以从 PHP 手册 的回收周期 了解更多，也可以阅读文末给出的参考资料。
PHP 7 的内存管理
PHP 5 中 zval 实现上的主要问题：
zval 总是单独 从堆中分配内存；
zval 总是存储引用计数和循环回收 的信息，即使是整型（bool / null）这种可能并不需要此类信息的数据；
在使用对象或者资源时，直接引用会导致两次计数；
일부 간접 액세스에는 더 나은 처리 방법이 필요합니다. 예를 들어, 변수에 저장된 객체에 액세스하면 이제 포인터 4개를 간접적으로 사용합니다(포인터 체인의 길이는 4개입니다).
직접 계산은 값이 zval 간에만 공유될 수 있음을 의미합니다. zval과 해시테이블 키 사이에 문자열을 공유하려는 경우에는 작동하지 않습니다(해시테이블 키도 zval이 아닌 경우).
PHP 7의 zval 데이터 구조 구현 조정:
가장 기본적인 변경 사항은 zval에 필요한 메모리가 더 이상 힙과 별도로 할당되지 않으며 zval이 더 이상 참조 카운트를 저장하지 않는다는 것입니다.
복잡한 데이터 유형(문자열, 배열, 객체 등)의 참조 횟수는 자체적으로 저장됩니다.
이 구현의 장점:
간단한 데이터 유형은 메모리를 별도로 할당할 필요가 없고 계산할 필요도 없습니다.
더 이상 이중 계산이 없습니다. 객체에서는 객체 자체에 저장된 개수만 유효합니다.
이제 개수는 값 자체로 저장되므로(PHP에는 zval 변수 컨테이너 저장소가 있음) zval이 아닌 구조 데이터와도 공유할 수 있습니다. 키 사이의 zval 및 해시 테이블과 같은
간접 액세스에 필요한 포인터 수가 줄어듭니다.
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