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PHP 가비지 수집 및 메모리 관리 관련 내용에 대한 심층 설명

藏色散人
藏色散人앞으로
2021-11-25 14:01:433749검색

이 글에서는 PHP 개발 과정에서의 가비지 수집 및 메모리 관리 관련 내용을 설명합니다.

참조 계산

PHP 5.2 및 이전 버전에서 PHP의 가비지 수집은 참조 계산 알고리즘을 사용합니다.

참조 계산에 대한 기본 지식

참조 계산에 대한 기본 지식

PHP 변수는 "zval" 변수 컨테이너(데이터 구조)에 저장됩니다. "zval" 속성에는 다음 정보가 포함됩니다.

  • 데이터 유형
  • 현재 변수의 값
  • 변수가 참조로 전달되었는지 식별하는 데 사용되는 is_ref 부울 유형 식별자
  • "zval" 변수 컨테이너의 변수 수를 가리키는 refcount 식별자 (즉, 이 zval이 참조된 횟수를 여기서 주의하십시오. 참조는 값 전달을 의미하지 않으므로 구별에 주의하십시오.)

변수에 값이 할당되면 해당 "zavl" 변수 컨테이너가 생성됩니다. [추천 학습: PHP 동영상 튜토리얼]

변수 zval 컨테이너 정보 보기

변수의 "zval" 컨테이너 정보를 보려면(즉, 변수의 is_ref 및 refcount를 보려면) XDebug 디버깅 도구의 xdebug_debug_zval() 함수 .

XDebug 확장 플러그인 설치 방법은 이 튜토리얼(https://github.com/huliuqing/phpnotes/issues/58)을 참조하세요. XDebug 사용 방법은 공식 문서(https: //xdebug.org/docs/) .

XDebug 도구를 성공적으로 설치했으며 이제 변수를 디버깅할 수 있다고 가정합니다.

  • 일반 변수의 zval 정보 보기

PHP 문이 단순히 변수를 할당하는 경우 is_ref 식별자 값은 0이고 이 변수가 다른 변수에 값으로 할당되면 refcount 값은 1입니다. zval 변수 컨테이너의 refcount 수; 마찬가지로 변수가 삭제(설정 해제)되면 그에 따라 "refcount"가 1을 뺍니다.

다음 예를 참조하세요.

<?php // 变量赋值时,refcount 值等于 1
$name = &#39;liugongzi&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

// $name 作为值赋值给另一个变量, refcount 值增加 1
$copy = $name;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // (refcount=2, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

// 销毁变量,refcount 值减掉 1
unset($copy);
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)
  • Copy on Write
Copy On Write(COW)는 간단히 다음과 같이 설명됩니다. 할당을 통해 변수에 값이 할당되면 새 메모리는 새 메모리를 할당하지 않습니다. 변수에 의해 저장된 값은 단순히 변수에 대한 참조 중 하나가 가리키는 값이 변경되는 경우에만 메모리 사용량을 줄이기 위해 값 내용을 저장하기 위해 새로운 공간을 할당합니다. - TPIP copy-on-write

이전 단순 변수의 zval 정보를 통해 $copy$name이 zval 변수 컨테이너(메모리)를 공유한다는 것을 알 수 있으며, refcount를 사용하여 이를 나타냅니다. 현재 이 zval 사용에 사용되는 변수 수입니다.

예제를 보세요:

<?php $name = &#39;liugongzi&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // name: (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

$copy = $name;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // name: (refcount=2, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

// 将新的值赋值给变量 $copy
$copy = &#39;liugongzi handsome&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // name: (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)
xdebug_debug_zval(&#39;copy&#39;); // copy: (refcount=1, is_ref=0)=&#39;liugongzi handsome&#39;

liugongzi handsome 값이 $copy에 할당되면 name과 copy의 refcount 값이 1이 된다는 것을 알고 계셨나요? 이 과정에서 다음은 다음과 같습니다.

  • $name의 zval에서 $copy를 분리합니다(즉, 복사).
  • $name의 refcount를 1로 뺍니다.
  • $copy의 zval을 수정(재할당)하고

여기에 "글을 쓰면서 복사하기"에 대한 간략한 소개가 있습니다. 관심 있는 친구들은 기사 마지막 부분에 있는 참고 자료를 읽고 더 깊이 있는 연구를 할 수 있습니다.

  • 참조로 전달된 변수의 zval 정보 보기

참조별 전달(&)의 "참조 계산" 규칙은 is_ref 값이 1 변수가 참조에 의한 전달 유형임을 나타냅니다.

이제 참조로 전달하는 예를 살펴보겠습니다.

<?php $age = &#39;liugongzi&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;age&#39;); // (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

$copy = &$age;
xdebug_debug_zval(&#39;age&#39;); // (refcount=2, is_ref=1)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

unset($copy);
xdebug_debug_zval(&#39;age&#39;); // (refcount=1, is_ref=1)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)
  • 복합 유형의 참조 계산

스칼라 유형(정수, 부동 소수점, 부울 등), 배열 및 객체와 다릅니다.) 유형 규칙은- 참조 카운팅을 준수하는 것은 좀 더 복잡합니다.

더 나은 설명을 위해 먼저 배열의 참조 계산 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

위의 참조 계산 다이어그램은 다음과 같습니다.

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그림에서 복합 유형의 참조 계산 규칙은 다음과 같습니다. 기본적으로 스칼라 계산과 동일합니다. 규칙은 동일합니다. 주어진 예에서 PHP는 3개의 zval 변수 컨테이너를 생성합니다. 하나는 배열 자체를 저장하고 두 개는 배열의 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 도표는 다음과 같습니다.

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  • 内存泄露

虽然,复合类型的引用计数规则同标量类型大致相同,但是如果引用的值为变量自身(即循环应用),在处理不当时,就有可能会造成内存泄露的问题。

让我们来看看下面这个对数组进行引用传值的示例:

<?php // @link http://php.net/manual/zh/function.memory-get-usage.php#96280
function convert($size)
{
    $unit=array(&#39;b&#39;,&#39;kb&#39;,&#39;mb&#39;,&#39;gb&#39;,&#39;tb&#39;,&#39;pb&#39;);
    return @round($size/pow(1024,($i=floor(log($size,1024)))),2).&#39; &#39;.$unit[$i];
}

// 注意:有用的地方从这里开始
$memory = memory_get_usage();

$a = array( &#39;one&#39; );

// 引用自身(循环引用)
$a[] =&$a;

xdebug_debug_zval( &#39;a&#39; );

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:

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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。 - 摘自 官方文档 Cleanup Problems

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:

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引用计数系统的同步周期回收过程

  1. 缓冲区(紫色框部分,称为疑似垃圾),存储所有可能根(步骤 A);
  2. 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);
  3. 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);
  4. 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 항상 힙에서만 메모리를 할당합니다 ;
  • zval 항상 참조 계산 및 재활용 정보를 저장합니다. 이러한 정보가 필요하지 않은 정수(bool/null) 데이터에 대해서도 ;
  • 객체나 리소스를 사용할 때 직접 참조하면 이중 계산이 발생합니다.
  • 일부 간접 액세스에는 더 나은 처리가 필요합니다. 예를 들어, 변수에 저장된 개체에 액세스하면 이제 4개의 포인터를 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. - PHP 7의 내부 값 표현에서 발췌 - 1부【번역】
이 구현의 장점:

    간단한 데이터 유형은 메모리를 별도로 할당할 필요가 없고 계산할 필요도 없습니다.
  • 더 이상은 없습니다. 이중 계산 . 개체에서는 개체 자체에 저장된 개수만 유효합니다.
  • 이제 개수는 값 자체에 의해 저장되므로(PHP에는 zval 변수 컨테이너 저장소가 있음) 다음과 같은 zval이 아닌 구조의 데이터와 공유할 수 있습니다. zval과 해시테이블 키 시간 사이
  • 간접 액세스에 필요한 포인터 수가 줄어듭니다.
PHP 7 zval 구현 및 메모리 최적화에 대한 자세한 내용은 PHP7 커널 zval에 대한 심층적 이해 및 PHP 7의 내부 값 표현 - 1부 번역을 참조하세요. (https://www.npopov.com/2015/05/05/Internal-value-representation-in-PHP-7-part-1.html)

위 내용은 PHP 가비지 수집 및 메모리 관리 관련 내용에 대한 심층 설명의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!

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