php7讲解垃圾回收机制

笔者前几天对这个话题感兴趣，于是到网上一搜，几乎都是 php 5的垃圾回收机制，虽然 php5 到 php7 GC部分做出的改动较小，但我觉得还是有必要单独做一遍博文出来。 不特意说明的话 php 版本为 7.2

在php中的变量占用的空间，是不需要我们手动回收的。内核帮我们处理了这一部分的工作。相比C，这大大方便了我们的操作。

本篇主要讲解 变量的 GC机制

文章目录

• zval 的结构
• 循环引用造成的内存泄漏
• object和array的回收过程
• • 垃圾回收的原理
  • 例子

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在了解我们 php GC 时，我觉得我有必要介绍一下们的 php 的变量在底层的实现。

zval 的结构

// php 变量对于的c结构体
struct _zval_struct {
    zend_value value;
    union {
       ……
    } u1;
    union {
        ……
    } u2;
};

由于主要讲垃圾回收，所以在这里简单介绍下 u1 u2 联合体的功能
u1 结构比较复杂，我认为主要是用于识别变量类型
u2 这里面大多都是辅助字段，变量内部功能的实现、提升缓存友好性等等
接下来是我们的主角

zend_value 它也是结构体中内嵌的一个联合体

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;//整形
    double            dval;//浮点型
    zend_refcounted  *counted;//获取不同类型的gc头部
    zend_string      *str;//string字符串
    zend_array       *arr;//数组
    zend_object      *obj;//对象
    zend_resource    *res;//资源
    zend_reference   *ref;//是否是引用类型
  
    // 忽略下面的结构，与我们讨论无关
    zend_ast_ref     *ast;
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        ZEND_ENDIAN_LOHI(
            uint32_t w1,
            uint32_t w2)
    } ww;
} zend_value;

在 zval的 value中就记录了引用计数zend_refcounted *counted这个类型，我们的垃圾回收机制也是基于此的。

typedef struct _zend_refcounted_h {
    uint32_t         refcount;          /* reference counter 32-bit */
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_3(
                zend_uchar    type,
                zend_uchar    flags,    /* used for strings & objects */
                uint16_t      gc_info)  /* keeps GC root number (or 0) and color */
        } v;
        uint32_t type_info;
    } u;
} zend_refcounted_h;

所有的复杂类型的定义, 开始的时候都是zend_refcounted_h结构, 这个结构里除了引用计数以外, 还有GC相关的结构. 从而在做GC回收的时候, GC不需要关心具体类型是什么, 所有的它都可以当做zend_refcounted*结构来处理.
#变量的自动回收

在php中 除了 array和object类型的变量，其余大部分是自动回收
php 普通变量的回收和 该变量的引用次数有关。

官方的例子

$a = 1;
$b = $a;
xdebug_debug_zval('a');
$a =10;
xdebug_debug_zval('a');
unset($a);
xdebug_debug_zval('a');

结果

a:
(refcount=2, is_ref=0),int 1
a:
(refcount=1, is_ref=0),int 10
a: no such symbol

可以看到 当$a =10 的时候 涉及到 php的COW（copy-on-write）机制，$b 会复制一份原先的 $a ，解除了他们之间的引用关系，所以a的引用次数（refcount）减少为1。

然后我们uset($a)之后 a的引用次数变为0。这就会被认为是垃圾变量，释放空间。

在举一个例子

$a = [1];
$a[1] = &$a;
unset($a);

在 unset($a) 之前 $a 的类型为引用类型

a:
(refcount=2, is_ref=1),
array (size=2)
  0 => (refcount=1, is_ref=0),int 1
  1 => (refcount=2, is_ref=1),
    &array<

unset($a) 之后，就变成这样

这时候，我们unset操作时refcount 由2变为1,因为有内部引用指向 $a，所以在外部 其所占用的空间并不会被销毁。

然后我们的外部引用已经被中断了，我们也不能使用它。它就成了一个“孤儿”，在c语言中叫做野指针。在php中叫做循环引用。内存泄漏。想要销毁变量的话，只能等 php脚本结束。

循环引用造成的内存泄漏

为了清理这些垃圾，引入了两个准则

• 如果引用计数减少到零，所在变量容器将被清除(free)，不属于垃圾
• 如果一个zval 的引用计数减少后还大于0，那么它会进入垃圾周期。其次，在一个垃圾周期中，通过检查引用计数是否减1，并且检查哪些变量容器的引用次数是零，来发现哪部分是垃圾。

循环引用基本上只会出现在 数组和对象中，对象是因为它的本身就是引用

object和array的回收过程

php7的垃圾回收包含两个部分，一个是垃圾收集器，一个是垃圾回收算法。

垃圾收集器，把刚刚提到的，可能是垃圾的元素收集到回收池中 也就是把变量的 zend_refcount>0的变量 放在回收池中。 当回收池的值达到一定额度了，会进行统一遍历处理。进行模拟删除，如果<code>zend_refcount=0那就认为是垃圾，直接删除它。

遍历回收池中的每一个变量，根据每一个变量，再遍历每一个成员，如果成员还有嵌套的话继续遍历。然后把所有成员的 做模拟的 refcount -1。如果此时外部的变量的 引用次数为 0 。那么可以视为垃圾，清楚。如果大于0，那么恢复引用次数，并从垃圾回收池中取出。

垃圾回收的原理

如果你这个变量不是垃圾，那么它的所有成员变量的引用减一之后，必然不会是总变量的引用为0。

例子

说的比较死，不如举个例子。刚刷 sf.gg 的时候看到一道关于 GC 的题，我回答了一波。关于GC垃圾回收机制

题目如下

//我的回答
1、只要zval.value的refcount减一，然后缺其refcount的值不为0那么它就可能是垃圾，进入垃圾周期。
2、进入垃圾池遍历所有成员，包括其嵌套的成员，都对其做 refcount-1的操作，看外部的引用是否为0。

那么对于 题主的问题来说，
首先，你要想$a为垃圾，一定要先对 unset($a)操作，那么此时 $a的 refcount = 2
对于$a[0] refcount-1 不影响外部的$a，
$a[1] refcount-1 ，此时 $a的 refount=1
$a[2] refcount-1 ,此时 $a 的 refount=0 
模拟减结束，那么此变量被当成垃圾回收。

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