PHP核心--探究記憶體管理與快取機制的圖文詳解

前言：

#PHP在運行時所需的內存，是一次向作業系統申請開闢的，而不是分多次。那他是怎麼樣一次性申請呢，機制又是如何？請看下邊介紹。

heap層是PHP記憶體管理的核心實作，PHP底層對記憶體的管理，ZendMM向系統進行的內存申請，並不是有需要時向系統即時申請， 而是由ZendMM的最底層（heap層）先向系統申請一大塊的內存， 建立一個類似於內存池的管理機制，unset後，ZendMM並不會直接立刻將記憶體交回系統，而是只在自身維護的#記憶體池(storge層)中將其重新標識為可用，。

優點：

1. 預先定義常數變數多，對記憶體的請求有數百次，避免了PHP向系統頻繁的記憶體申請操作，減少了對OS的請求次數。

2.運行速度會更快，缺點是隨著程式的運行時間的變長，記憶體使用越來越多，所以5.3引進新垃圾回收機制。

詳細分析如下：

PHP的記憶體管理可以被視為分層（hierarchical）的。 它分為三層：儲存層（storage）、堆疊層（heap）和介面層（emalloc/efree）。 儲存層透過 malloc()、mmap() 等函數向系統真正的申請內存，並透過 free() 函數釋放所申請的內存。

#儲存層通常申請的記憶體區塊都比較大，這裡申請的記憶體大併不是指storage層結構所需的記憶體大， 只是堆層透過呼叫儲存層的分配方法時，其以大塊大塊的方式申請的記憶體，儲存層的作用是將記憶體分配的方式對堆層透明化。

如圖下所示，PHP記憶體管理器。 PHP在儲存層共有4種記憶體分配方案: malloc，win32，mmap_anon，mmap_zero， 預設使用malloc分配內存，如果設定了ZEND_WIN32宏，則為windows版本，呼叫HeapAlloc分配內存，剩下兩種記憶體方案為匿名記憶體映射，PHP的記憶體方案可以透過設定環境變數來修改。

###################################################################################################### ###################一.記憶體的申請##########

heap層是PHP記憶體管理的核心實作，PHP底層對記憶體的管理， 圍繞著小塊記憶體清單（free_buckets）、 大塊記憶體清單（large_free_buckets）和剩餘記憶體列表（rest_buckets）三個清單來分層進行的。 ZendMM向系統進行的記憶體申請，並不是有需要時向系統即時申請， 而是由ZendMM的最底層（heap層）先向系統申請一大塊的內存，透過對上面三種列表的填充， 建立一個類似記憶體池的管理機制。

在程式運行需要使用記憶體的時候，ZendMM會在記憶體池中分配對應的記憶體供使用。 這樣做的好處是避免了PHP向系統頻繁的記憶體申請操作，如下面的程式碼：

這是一個簡單的php程序，但透過對emalloc的呼叫計數，只是PHP程序，只賦值了一個變數而已，但是卻發現對記憶體的請求有數百次之多，當然這非常容易解釋，因為PHP腳本的執行，需要大量的環境變數以及內部變數的定義(詳細見PHP內核--生命週期)， 這些定義本身都是需要在記憶體中儲存的。

在編寫PHP的擴充功能時，推薦使用emalloc(申請的是zend_mm_storage層的記憶體區塊)來代替malloc(申請的是作業系統的記憶體區塊)，其實也就是用PHP的ZendMM來代替 手動直接呼叫系統層級的記憶體管理。

ZendMM使用_zend_mm_alloc_int函數進行記憶體分配，流程如下:

##從上面的分配可以看出，PHP對內存的分配，是結合PHP的用途來設計的，PHP一般用於web應用程序的數據支持， 單個腳本的運行週期一般比較短（最多達到秒級），內存大塊整塊的申請，自主進行小塊的分配， 沒有進行比較複雜的不相臨位址的空閒記憶體合併，而是集中再次向系統請求。 這樣做的好處是運行速度會更快，缺點是隨著程式的運行時間的變長， 記憶體的使用情況會「越來越多」（PHP5.2及更早版本）。 所以PHP5.3之前的版本並不適合做為守護程式長期運行。 （當然，可以有其他方法解決，而且在PHP5.3中引入了新的GC機制，詳見後邊小節PHP內核--記憶體洩漏與新垃圾回收機制）

二.記憶體的銷毀

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ZendMM在記憶體銷毀的處理上採用與記憶體申請相同的策略，當程式unset一個變數或是其他的釋放行為時， ZendMM並不會直接立刻將記憶體交回系統，而是只在自身維護的#記憶體池(storge層)在 #中將其重新標識為可用， 依照記憶體的大小整理到上面所說的三種清單（small,large,free）之中，以備下次記憶體申請時使用。

#記憶體銷毀的最終實作函數是_efree。在_efree中，記憶體的銷毀首先要進行是否放回cache的判斷。 如果記憶體的大小滿足ZEND_MM_SMALL_SIZE且cache還沒有超過系統設定的ZEND_MM_CACHE_SIZE， 那麼，目前記憶體區塊zend_mm_block就會放回mm_heap- >cache中。 

在記憶體的銷毀過程中，也涉及引用計數和垃圾回收（GC），將在後邊小節進行討論。參見PHP核心--記憶體洩漏與新垃圾回收機制

三.快取

在維基百科中有這樣一段描述： 凡是位於兩種速度相差較大的硬體之間的，用於協調兩者資料傳輸速度差異的結構，​​均可稱為Cache。  從最初始的處理器與記憶體間的Cache開始，都是為了讓資料存取的速度適應CPU的處理速度， 其基於的原理是記憶體中「程式執行與資料存取的局域性行為」。 同樣PHP記憶體管理中的快取也是基於「程式執行與資料存取的局域性行為」的原理。 引入緩存，就是為了減少小塊記憶體區塊的查詢次數(查詢前先看是否能命中緩存)，為最近訪問的資料提供更快的存取方式。

PHP將快取加入到記憶體管理機制中做了以下一些操作：

##·標識快取和快取的大小限制，即何時使用緩存，在某些情況下可以以最少的修改停用掉快取

·快取的儲存結構，即快取的存放位置、結構和存放的邏輯

·初始化快取

·取得快取中內容

#·寫入快取

##釋放快取或者清空快取清單

快取本身也是儲存在storage層申請的記憶體中的，如果記憶體都不夠用了，那就得釋放快取啦。

當堆的記憶體溢出時，程式會呼叫zend_mm_free_cache釋放快取中。 整個釋放的過程是一個遍歷數組， 對於每個數組的元素程序都遍歷其所在鍊錶中在自己之前的元素，執行合併內存操作，減少堆結構中緩存計量數字。 

以上是PHP核心--探究記憶體管理與快取機制的圖文詳解的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！