PHP中的寫時複製（Copy On Write）的程式碼實例分享
- 黄舟原創
- 2017-03-25 09:36:092387瀏覽
問題引入
<?php$a = 10;//将常量值赋给变量，会为a分配内存空间 $b = $a;//变量赋值给变量，是不是copy了一份副本，b也分配了内存空间呢？ $c = &$a;//引用是不会为c分配空间的，c和a是共用一份空间的。?>
對於中間的這個問題，你的答案是什麼呢？在今天之前，我的答案是會為b分配記憶體空間。因為我是這麼理解的：
&賦值的時候，視為一個變數定義了一個別名，增加了一個對記憶體空間的引用。改變其中一個，會影響其他的引用。而使用unset()時，只是斷開了變數記憶體空間的引用，記憶體空間不會釋放。
而 = 賦值則不同，它會重新開啟一份記憶體空間儲存原變數的副本。兩者之間的修改不會相互影響。
而下面的程式則印證了這一點：
<?php$a = 10; //将常量值赋给变量，会为a分配内存空间 $b = $a; //变量赋值给变量，是不是copy了一份副本，b也分配了内存空间呢？ $c = &$a; //引用是不会为c分配空间的，c和a是共用一份空间的。 $a = 5;echo $c; //输出5，因为a和c 是指向同一个内存空间echo PHP_EOL; echo $b; //由于b是副本，对a的操作不会影响b，输出10?>
那如果
$b = $a;//之后a 和 b 都不做任何改变，保持一致
有這麼一個問題，如果= 賦值之後，兩個變數都不曾改變，如果是兩份副本，豈不是太浪費記憶體？
PHP中實際上避免了這種情況。
PHP中將一個變數賦值給新變數時，不會立即為新變數分配記憶體空間，只是增加了對記憶體空間的參考。當原變數或新變數作出任何變更時，才會為新變數 分配一塊記憶體空間。
<?php$a = 1;$b = $a; echo $a;//在此之前，b都是和a共用内存空间的。 $a = 2;//a作出了改变，此时b才会有自己的空间?>
每個php變數存在一個叫」zval」的變數容器中。一個zval變數容器，除了包含變數的類型和值，還包括兩個位元組的額外資訊。第一個是”is_ref”，是個bool值，用來識別這個變數是否是屬於引用集合(referenceset)。透過這個位元組，php引擎才能把普通變數和引用變數區分開來，由於php允許使用者透過使用&來使用自訂引用，zval變數容器中還有一個內部引用計數機制，來優化記憶體使用。第二個額外位元組是”refcount”，用以表示指向這個zval變數容器的變數(也稱符號即symbol)個數。當”refcount”的值是1時，”is_ref”的值總是FALSE.
安裝xdebug之後，利用xdebug_debug_zval(),可以看到zval結構：
如下：
<?php $a = 1; $b = $a; echo $a;//在此之前，b都是和a共用内存空间的。xdebug_debug_zval('b'); $a = 2;//a作出了改变，此时b才会有自己的空间xdebug_debug_zval('b');?>
輸出：
b: (refcount=2, is_ref=0), int 1 b: (refcount=1, is_ref=0), int 1
由上面的結果可以看到，在a作出改變之前，引用計數是2 ，當a作出改變之後，b的引用計數變為1，是因為b重新分配了空間。
上面說描述的現象就是寫時複製。
寫時複製
寫時複製（Copy-on-Write，也縮寫為COW），顧名思義，就是在寫入時才真正複製一份記憶體進行修改。 COW最早應用在*nix系統中線程與記憶體使用的最佳化，後面廣泛的被使用在各種程式語言中，如C++的STL等。 在PHP核心中，COW也是主要的記憶體最佳化手段。 在前面關於變數和記憶體的討論中，引用計數對變數的銷毀與回收中起著至關重要的標識作用。 引用計數存在的意義，就是為了使得COW可以正常運作，從而實現對記憶體的最佳化使用。
寫時複製優點：是透過賦值的方式賦值給變數時不會申請新內存來存放新變數所保存的值，而是簡單的透過一個計數器來共用內存，只有在其中的一個引用指向變數的值發生變化時才申請新空間來保存值內容以減少對記憶體的佔用。
從PHP底層基礎資料結構來看
######################################################################################################################################################## is_ref標識是不是使用者使用 & 的強制引用； ### ref_count是引用計數，用來識別此zval被多少個變數引用，即寫入時複製的自動引用，為0時會被銷毀。 #############ref_count和is_ref是定義於zval結構體
问题引入
首先来看看PHP中的赋值与引用问题
<?php$a = 10;//将常量值赋给变量，会为a分配内存空间 $b = $a;//变量赋值给变量，是不是copy了一份副本，b也分配了内存空间呢？ $c = &$a;//引用是不会为c分配空间的，c和a是共用一份空间的。?>
对于中间的那个问题，你的答案是什么呢？在今天之前，我的答案是会为b分配内存空间。因为我是这么理解的：
&赋值的时候，视为一个变量定义了一个别名，增加了一个对内存空间的引用。改变其中一个，会影响其他的引用。而使用unset()时，只是断开了对变量内存空间的引用，内存空间不会释放。
而 = 赋值则不同，它会重新开辟一份内存空间存储原变量的副本。两者之间的修改不会相互影响。
而下面的程序则印证了这一点：
<?php $a = 10; //将常量值赋给变量，会为a分配内存空间 $b = $a; //变量赋值给变量，是不是copy了一份副本，b也分配了内存空间呢？ $c = &$a; //引用是不会为c分配空间的，c和a是共用一份空间的。 $a = 5;echo $c; //输出5，因为a和c 是指向同一个内存空间echo PHP_EOL; echo $b; //由于b是副本，对a的操作不会影响b，输出10?>
那如果
$b = $a;//之后a 和 b 都不做任何改变，保持一致
有这么一个问题，如果 = 赋值之后，两个变量都不曾改变，如果是两份副本，岂不是太浪费内存？
PHP中实际上避免了这种情况。
PHP中将一个变量赋值给新变量时，不会立即为新变量分配内存空间，只是增加了对内存空间的引用。当原变量或者新变量作出任何改变时，才会为新变量 分配一块内存空间。
<?php$a = 1;$b = $a; echo $a;//在此之前，b都是和a共用内存空间的。 $a = 2;//a作出了改变，此时b才会有自己的空间?>
每个php变量存在一个叫”zval”的变量容器中。一个zval变量容器，除了包含变量的类型和值，还包括两个字节的额外信息。第一个是”is_ref”，是个bool值，用来标识这个变量是否是属于引用集合(referenceset)。通过这个字节，php引擎才能把普通变量和引用变量区分开来，由于php允许用户通过使用&来使用自定义引用，zval变量容器中还有一个内部引用计数机制，来优化内存使用。第二个额外字节是”refcount”，用以表示指向这个zval变量容器的变量(也称符号即symbol)个数。当”refcount”的值是1时，”is_ref”的值总是FALSE.
安装xdebug之后，利用xdebug_debug_zval(),可以看到zval结构：
如下：
<?php $a = 1; $b = $a; echo $a;//在此之前，b都是和a共用内存空间的。xdebug_debug_zval('b'); $a = 2;//a作出了改变，此时b才会有自己的空间xdebug_debug_zval('b');?>
输出：
b: (refcount=2, is_ref=0), int 1 b: (refcount=1, is_ref=0), int 1
由上面的结果可以看到，在a作出改变之前，引用计数是2 ，当a作出改变之后，b的引用计数变为1，是因为b重新分配了空间。
上面说描述的现象就是写时复制。
写时复制
写时复制（Copy-on-Write，也缩写为COW），顾名思义，就是在写入时才真正复制一份内存进行修改。 COW最早应用在*nix系统中对线程与内存使用的优化，后面广泛的被使用在各种编程语言中，如C++的STL等。 在PHP内核中，COW也是主要的内存优化手段。 在前面关于变量和内存的讨论中，引用计数对变量的销毁与回收中起着至关重要的标识作用。 引用计数存在的意义，就是为了使得COW可以正常运作，从而实现对内存的优化使用。
写时复制优点：是通过赋值的方式赋值给变量时不会申请新内存来存放新变量所保存的值，而是简单的通过一个计数器来共用内存，只有在其中的一个引用指向变量的值发生变化时才申请新空间来保存值内容以减少对内存的占用。
从PHP底层基础数据结构来看
ref_count和is_ref是定义于zval结构体中；
is_ref标识是不是用户使用 & 的强制引用；
ref_count是引用计数，用于标识此zval被多少个变量引用，即写时复制的自动引用，为0时会被销毁。
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