詳談PHP垃圾回收機制
- 不言原創
- 2018-04-17 09:10:441137瀏覽
這篇文章介紹的內容是關於詳談PHP垃圾回收機制，有著一定的參考價值，現在分享給大家，有需要的朋友可以參考一下
##引用計數基本知識
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(reference set)。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(也稱為符號即symbol)個數。所有的符號存在一個符號表中，其中每個符號都有作用域(scope)，那些主腳本(例如：透過瀏覽器請求的的腳本)和每個函數或方法也都有作用域。 當一個變數被賦常量值時，就會產生一個zval變數容器，如下例這樣：Example #1 產生一個新的zval容器
<?php $a = "new string"; ?>
a，是在目前作用域中產生的。並且產生了類型為string 和值為new string的變數容器。在額外的兩個位元組資訊中，"is_ref"被預設為FALSE，因為沒有任何自訂的引用產生。 "refcount" 設定為1，因為這裡只有一個變數使用這個變數容器。注意到當"refcount"的值是1時，"is_ref"的值總是FALSE. 如果你已經安裝了» Xdebug，你能透過呼叫函數xdebug_debug_zval()顯示"refcount"和"is_ref"的值。
Example #2 顯示zval訊息
<?php xdebug_debug_zval('a'); ?> 以上例程会#輸出：
Example #3 增加一個zval的參考計數
<?php $a = "new string"; $b = $a; xdebug_debug_zval( 'a' ); ?>
2，因為同一個變數容器被變數a 和變數b關聯.當沒必要時，php不會去複製已生成的變數容器。變數容器在」refcount「變成0時就被銷毀. 當任何關聯到某個變數容器的變數離開它的作用域(例如：函數執行結束)，或是對變數呼叫了函數unset()時，」refcount「就會減少1，下面的例子就能說明:
Example #4 減少引用計數
<?php $a = "new string"; $c = $b = $a; xdebug_debug_zval( 'a' ); unset( $b, $c ); xdebug_debug_zval( 'a' ); ?>
如果我们现在执行 unset($a);，包含类型和值的这个变量容器就会从内存中删除。
复合类型(Compound Types)
当考虑像 array和object这样的复合类型时，事情就稍微有点复杂. 与 标量(scalar)类型的值不同，array和object类型的变量把它们的成员或属性存在自己的符号表中。这意味着下面的例子将生成三个zval变量容器。
Example #5 Creating aarray zval
<?php $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 ); xdebug_debug_zval( 'a' ); ?>
以上例程的输出类似于：
a: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 'meaning' => (refcount=1, is_ref=0)='life', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=42)
图示:
上面的结果如果在PHP5中是没有问题的，但是当我在PHP7中进行试验验证是发现输出的结果和上面并不一致，如下：
a:
(refcount=1, is_ref=0)array(size=2) 'meaning'=> (refcount=2, is_ref=0)string'life' (length=4) 'number'=> (refcount=0, is_ref=0)int42
这三个zval变量容器是:a，meaning和number。增加和减少”refcount”的规则和上面提到的一样. 下面, 我们在数组中再添加一个元素,并且把它的值设为数组中已存在元素的值:
Example #6 添加一个已经存在的元素到数组中
<?php $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 ); $a['life'] = $a['meaning']; xdebug_debug_zval( 'a' ); ?>
以上例程的输出类似于：
a: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 'meaning' => (refcount=2, is_ref=0)='life', 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=42, 'life' => (refcount=2, is_ref=0)='life')
PHP7中的运行结果
a:
(refcount=1, is_ref=0)array(size=3) 'meaning'=> (refcount=3, is_ref=0)string'life' (length=4) 'number'=> (refcount=0, is_ref=0)int42 'life' =>(refcount=3, is_ref=0)string 'life' (length=4)
图示：
从以上的xdebug输出信息，我们看到原有的数组元素和新添加的数组元素关联到同一个"refcount"2的zval变量容器. 尽管 Xdebug的输出显示两个值为'life'的 zval 变量容器，其实是同一个。 函数xdebug_debug_zval()不显示这个信息，但是你能通过显示内存指针信息来看到。
删除数组中的一个元素，就是类似于从作用域中删除一个变量. 删除后,数组中的这个元素所在的容器的“refcount”值减少，同样，当“refcount”为0时，这个变量容器就从内存中被删除，下面又一个例子可以说明：
Example #7 从数组中删除一个元素
<?php $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 ); $a['life'] = $a['meaning']; unset( $a['meaning'], $a['number'] ); xdebug_debug_zval( 'a' ); ?>
以上例程的输出类似于：
a: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 'life' => (refcount=1, is_ref=0)='life')
PHP7中运行的结果
a:
(refcount=1, is_ref=0)array(size=1) 'life'=> (refcount=2, is_ref=0)string'life' (length=4)
现在，当我们添加一个数组本身作为这个数组的元素时，事情就变得有趣，下个例子将说明这个。例中我们加入了引用操作符，否则php将生成一个复制。
Example #8 把数组作为一个元素添加到自己
<?php $a = array( 'one' ); $a[] =& $a; xdebug_debug_zval( 'a' ); ?>
以上例程的输出类似于：
a: (refcount=2, is_ref=1)=array ( 0 => (refcount=1, is_ref=0)='one', 1 => (refcount=2, is_ref=1)=...)
PHP中运行的结果
a:
(refcount=2, is_ref=1)array(size=2) 0=>(refcount=2, is_ref=0)string'one' (length=3) 1=> (refcount=2, is_ref=1)&array4a1caacb728512ad16d8065cb72b0614 (refcount=1, is_ref=0)='one', 1 => (refcount=1, is_ref=1)=...)
图示：
通过PHP5和PHP7环境中的运行结果对比可以看出，PHP7中的内存回收机制有了改变，那么为什么会有这种改变呢？我查阅了一些资料供大家参考。
PHP7 中的 zval
在 PHP7 中 zval 有了新的实现方式。最基础的变化就是 zval 需要的内存不再是单独从堆上分配，不再自己存储引用计数。复杂数据类型（比如字符串、数组和对象）的引用计数由其自身来存储。这种实现方式有以下好处：
简单数据类型不需要单独分配内存，也不需要计数；
不会再有两次计数的情况。在对象中，只有对象自身存储的计数是有效的；
由于现在计数由数值自身存储，所以也就可以和非 zval 结构的数据共享，比如 zval 和 hashtable key 之间；
间接访问需要的指针数减少了。
我们看看现在 zval 结构体的定义（现在在 zend_types.h 文件中）：
struct _zval_struct {
zend_value value; /* value */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar type, /* active type */
zend_uchar type_flags,
zend_uchar const_flags,
zend_uchar reserved) /* call info for EX(This) */
} v;
uint32_t type_info;
} u1;
union {
uint32_t var_flags;
uint32_t next; /* hash collision chain */
uint32_t cache_slot; /* literal cache slot */
uint32_t lineno; /* line number (for ast nodes) */
uint32_t num_args; /* arguments number for EX(This) */
uint32_t fe_pos; /* foreach position */
uint32_t fe_iter_idx; /* foreach iterator index */
} u2;
};结构体的第一个元素没太大变化，仍然是一个 value 联合体。第二个成员是由一个表示类型信息的整型和一个包含四个字符变量的结构体组成的联合体（可以忽略 ZEND_ENDIAN_LOHI_4 宏，它只是用来解决跨平台大小端问题的）。这个子结构中比较重要的部分是 type（和以前类似）和 type_flags，这个接下来会解释。
上面这个地方也有一点小问题：value 本来应该占 8 个字节，但是由于内存对齐，哪怕只增加一个字节，实际上也是占用 16 个字节（使用一个字节就意味着需要额外的 8 个字节）。但是显然我们并不需要 8 个字节来存储一个 type 字段，所以我们在 u1 的后面增加了了一个名为 u2 的联合体。默认情况下是用不到的，需要使用的时候可以用来存储 4 个字节的数据。这个联合体可以满足不同场景下的需求。
PHP7 中 value 的结构定义如下：
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* long value */
double dval; /* double value */
zend_refcounted *counted;
zend_string *str;
zend_array *arr;
zend_object *obj;
zend_resource *res;
zend_reference *ref;
zend_ast_ref *ast;
zval *zv;
void *ptr;
zend_class_entry *ce;
zend_function *func;
struct {
uint32_t w1;
uint32_t w2;
} ww;
} zend_value;
首先需要注意的是现在 value 联合体需要的内存是 8 个字节而不是 16。它只会直接存储整型（lval）或者浮点型（dval）数据，其他情况下都是指针（上面提到过，指针占用 8 个字节，最下面的结构体由两个 4 字节的无符号整型组成）。上面所有的指针类型（除了特殊标记的）都有一个同样的头（zend_refcounted）用来存储引用计数：
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;现在，这个结构体肯定会包含一个存储引用计数的字段。除此之外还有 type、flags 和 gc_info。type 存储的和 zval 中的 type 相同的内容，这样 GC 在不存储 zval 的情况下单独使用引用计数。flags 在不同的数据类型中有不同的用途，这个放到下一部分讲。
gc_info 和 PHP5 中的 buffered 作用相同，不过不再是位于根缓冲区的指针，而是一个索引数字。因为以前根缓冲区的大小是固定的（10000 个元素），所以使用一个 16 位（2 字节）的数字代替 64 位（8 字节）的指针足够了。gc_info 中同样包含一个『颜色』位用于回收时标记结点。
zval 内存管理
上文提到过 zval 需要的内存不再单独从堆上分配。但是显然总要有地方来存储它，所以会存在哪里呢？实际上大多时候它还是位于堆中（所以前文中提到的地方重点不是堆，而是单独分配），只不过是嵌入到其他的数据结构中的，比如 hashtable 和 bucket 现在就会直接有一个 zval 字段而不是指针。所以函数表编译变量和对象属性在存储时会是一个 zval 数组并得到一整块内存而不是散落在各处的 zval 指针。之前的 zval * 现在都变成了 zval。
之前当 zval 在一个新的地方使用时会复制一份 zval * 并增加一次引用计数。现在就直接复制 zval 的值（忽略 u2），某些情况下可能会增加其结构指针指向的引用计数（如果在进行计数）。
那么 PHP 怎么知道 zval 是否正在计数呢？不是所有的数据类型都能知道，因为有些类型（比如字符串或数组）并不是总需要进行引用计数。所以 type_info 字段就是用来记录 zval 是否在进行计数的，这个字段的值有以下几种情况：
#define IS_TYPE_CONSTANT (1<<0) /* special */ #define IS_TYPE_IMMUTABLE (1<<1) /* special */ #define IS_TYPE_REFCOUNTED (1<<2) #define IS_TYPE_COLLECTABLE (1<<3) #define IS_TYPE_COPYABLE (1<<4) #define IS_TYPE_SYMBOLTABLE (1<<5) /* special */
注：在 7.0.0 的正式版本中，上面这一段宏定义的注释这几个宏是供 zval.u1.v.type_flags 使用的。这应该是注释的错误，因为这个上述字段是 zend_uchar 类型。
type_info 的三个主要的属性就是『可计数』（refcounted）、『可回收』（collectable）和『可复制』（copyable）。计数的问题上面已经提过了。『可回收』用于标记 zval 是否参与循环，不如字符串通常是可计数的，但是你却没办法给字符串制造一个循环引用的情况。
是否可复制用于表示在复制时是否需要在复制时制造（原文用的 "duplication" 来表述，用中文表达出来可能不是很好理解）一份一模一样的实体。"duplication" 属于深度复制，比如在复制数组时，不仅仅是简单增加数组的引用计数，而是制造一份全新值一样的数组。但是某些类型（比如对象和资源）即使 "duplication" 也只能是增加引用计数，这种就属于不可复制的类型。这也和对象和资源现有的语义匹配（现有，PHP7 也是这样，不单是 PHP5）。
下面的表格上标明了不同的类型会使用哪些标记（x 标记的都是有的特性）。『简单类型』（simple types）指的是整型或布尔类型这些不使用指针指向一个结构体的类型。下表中也有『不可变』（immutable）的标记，它用来标记不可变数组的，这个在下一部分再详述。
interned string（保留字符）在这之前没有提过，其实就是函数名、变量名等无需计数、不可重复的字符串。
| refcounted | collectable | copyable | immutable
----------------+------------+-------------+----------+----------
simple types | | | |
string | x | | x |
interned string | | | |
array | x | x | x |
immutable array | | | | x
object | x | x | |
resource | x | | |
reference | x | | |
要理解这一点，我们可以来看几个例子，这样可以更好的认识 zval 内存管理是怎么工作的。
下面是整数行为模式，在上文中 PHP5 的例子的基础上进行了一些简化 ：
<?php $a= 42; // $a = zval_1(type=IS_LONG, value=42) $b= $a; // $a = zval_1(type=IS_LONG, value=42) // $b = zval_2(type=IS_LONG, value=42) $a+= 1; // $a = zval_1(type=IS_LONG, value=43) // $b = zval_2(type=IS_LONG, value=42) unset($a); // $a = zval_1(type=IS_UNDEF) // $b = zval_2(type=IS_LONG, value=42)
这个过程其实挺简单的。现在整数不再是共享的，变量直接就会分离成两个单独的 zval，由于现在 zval 是内嵌的所以也不需要单独分配内存，所以这里的注释中使用 = 来表示的而不是指针符号 ->，unset 时变量会被标记为 IS_UNDEF。下面看一下更复杂的情况：
<?php $a= []; // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[]) $b= $a; // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=2, value=[]) // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) ---^ // zval 分离在这里进行 $a[] = 1 // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_2(refcount=1, value=[1]) // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[]) unset($a); // $a = zval_1(type=IS_UNDEF), zend_array_2 被销毁 // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
这种情况下每个变量变量有一个单独的 zval，但是是指向同一个（有引用计数） zend_array 的结构体。修改其中一个数组的值时才会进行复制。这点和 PHP5 的情况类似。
类型（Types）
我们大概看一下 PHP7 支持哪些类型（zval 使用的类型标记）：
/* regular data types */ #define IS_UNDEF 0 #define IS_NULL 1 #define IS_FALSE 2 #define IS_TRUE 3 #define IS_LONG 4 #define IS_DOUBLE 5 #define IS_STRING 6 #define IS_ARRAY 7 #define IS_OBJECT 8 #define IS_RESOURCE 9 #define IS_REFERENCE 10 /* constant expressions */ #define IS_CONSTANT 11 #define IS_CONSTANT_AST 12 /* internal types */ #define IS_INDIRECT 15 #define IS_PTR 17
这个列表和 PHP5 使用的类似，不过增加了几项：
IS_UNDEF 用来标记之前为 NULL 的 zval 指针（和 IS_NULL 并不冲突）。比如在上面的例子中使用 unset 注销变量；
IS_BOOL 现在分割成了 IS_FALSE 和 IS_TRUE 两项。现在布尔类型的标记是直接记录到 type 中，这么做可以优化类型检查。不过这个变化对用户是透明的，还是只有一个『布尔』类型的数据（PHP 脚本中）。
PHP 引用不再使用 is_ref 来标记，而是使用 IS_REFERENCE 类型。这个也要放到下一部分讲；
IS_INDIRECT 和 IS_PTR 是特殊的内部标记。
实际上上面的列表中应该还存在两个 fake types，这里忽略了。
IS_LONG 类型表示的是一个 zend_long 的值，而不是原生的 C 语言的 long 类型。原因是 Windows 的 64 位系统（LLP64）上的 long 类型只有 32 位的位深度。所以 PHP5 在 Windows 上只能使用 32 位的数字。PHP7 允许你在 64 位的操作系统上使用 64 位的数字，即使是在 Windows 上面也可以。
zend_refcounted 的内容会在下一部分讲。下面看看 PHP 引用的实现。
引用
PHP7 使用了和 PHP5 中完全不同的方法来处理 PHP & 符号引用的问题（这个改动也是 PHP7 开发过程中大量 bug 的根源）。我们先从 PHP5 中 PHP 引用的实现方式说起。
通常情况下， 写时复制原则意味着当你修改一个 zval 之前需要对其进行分离来保证始终修改的只是某一个 PHP 变量的值。这就是传值调用的含义。
但是使用 PHP 引用时这条规则就不适用了。如果一个 PHP 变量是 PHP 引用，就意味着你想要在将多个 PHP 变量指向同一个值。PHP5 中的 is_ref 标记就是用来注明一个 PHP 变量是不是 PHP 引用，在修改时需不需要进行分离的。比如：
<?php $a= []; // $a -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=1, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[]) $b=& $a; // $a, $b -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=1) -> HashTable_1(value=[]) $b[] = 1; // $a = $b = zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=1) -> HashTable_1(value=[1]) // 因为 is_ref 的值是 1, 所以 PHP 不会对 zval 进行分离
但是这个设计的一个很大的问题在于它无法在一个 PHP 引用变量和 PHP 非引用变量之间共享同一个值。比如下面这种情况：
<?php $a= []; // $a -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=1, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[]) $b= $a; // $a, $b -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[]) $c= $b// $a, $b, $c -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=3, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[]) $d=& $c; // $a, $b -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[]) // $c, $d -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=1) -> HashTable_2(value=[]) // $d 是 $c 的引用, 但却不是 $a 的 $b, 所以这里 zval 还是需要进行复制 // 这样我们就有了两个 zval, 一个 is_ref 的值是 0, 一个 is_ref 的值是 1. $d[] = 1; // $a, $b -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[]) // $c, $d -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=1) -> HashTable_2(value=[1]) // 因为有两个分离了的 zval, $d[] = 1 的语句就不会修改 $a 和 $b 的值.
这种行为方式也导致在 PHP 中使用引用比普通的值要慢。比如下面这个例子：
<?php $array= range(0, 1000000); $ref=& $array; var_dump(count($array)); // <-- 这里会进行分离
因为 count() 只接受传值调用，但是 $array 是一个 PHP 引用，所以 count() 在执行之前实际上会有一个对数组进行完整的复制的过程。如果 $array 不是引用，这种情况就不会发生了。
现在我们来看看 PHP7 中 PHP 引用的实现。因为 zval 不再单独分配内存，也就没办法再使用和 PHP5 中相同的实现了。所以增加了一个 IS_REFERENCE 类型，并且专门使用 zend_reference 来存储引用值：
struct _zend_reference {
zend_refcounted gc;
zval val;
};本质上 zend_reference 只是增加了引用计数的 zval。所有引用变量都会存储一个 zval 指针并且被标记为 IS_REFERENCE。val 和其他的 zval 的行为一样，尤其是它也可以在共享其所存储的复杂变量的指针，比如数组可以在引用变量和值变量之间共享。
我们还是看例子，这次是 PHP7 中的语义。为了简洁明了这里不再单独写出 zval，只展示它们指向的结构体：
<?php $a= []; // $a -> zend_array_1(refcount=1, value=[]) $b=& $a; // $a, $b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_array_1(refcount=1, value=[]) $b[] = 1; // $a, $b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_array_1(refcount=1, value=[1])
上面的例子中进行引用传递时会创建一个 zend_reference，注意它的引用计数是 2（因为有两个变量在使用这个 PHP 引用）。但是值本身的引用计数是 1（因为 zend_reference 只是有一个指针指向它）。下面看看引用和非引用混合的情况：
<?php $a= []; // $a -> zend_array_1(refcount=1, value=[]) $b= $a; // $a, $b, -> zend_array_1(refcount=2, value=[]) $c= $b// $a, $b, $c -> zend_array_1(refcount=3, value=[]) $d=& $c; // $a, $b -> zend_array_1(refcount=3, value=[]) // $c, $d -> zend_reference_1(refcount=2) ---^ // 注意所有变量共享同一个 zend_array, 即使有的是 PHP 引用有的不是 $d[] = 1; // $a, $b -> zend_array_1(refcount=2, value=[]) // $c, $d -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_array_2(refcount=1, value=[1]) // 只有在这时进行赋值的时候才会对 zend_array 进行赋值
这里和 PHP5 最大的不同就是所有的变量都可以共享同一个数组，即使有的是 PHP 引用有的不是。只有当其中某一部分被修改的时候才会对数组进行分离。这也意味着使用 count() 时即使给其传递一个很大的引用数组也是安全的，不会再进行复制。不过引用仍然会比普通的数值慢，因为存在需要为 zend_reference 结构体分配内存（间接）并且引擎本身处理这一块儿也不快的的原因。
结语
總結一下 PHP7 中最重要的改變是 zval 不再單獨從堆上分配記憶體並且不自行儲存引用計數。需要使用 zval 指標的複雜型別（例如字串、陣列和物件）會自行儲存參考計數。這樣就可以有更少的記憶體分配操作、更少的間接指標使用以及更少的記憶體分配。
清理變數容器的問題(Cleanup Problems)
儘管不再有某個作用域中的任何符號指向這個結構(就是變數容器)，由於陣列元素「1」仍然指向陣列本身，所以這個容器不能被清除。因為沒有另外的符號指向它，使用者沒有辦法清除這個結構，結果就會導致記憶體洩漏。慶幸的是，php將在腳本執行結束時清除這個資料結構，但是在php清除之前，將耗費不少記憶體。如果你要實作分析演算法，或是要做其他像一個子元素指向它的父元素這樣的事情，這種情況就會經常發生。當然，同樣的情況也會發生在物件上，實際上物件更有可能出現這種情況，因為物件總是隱式的被引用。
如果上面的情況發生僅僅一兩次倒沒什麼，但是如果出現幾千次，甚至幾十萬次的內存洩漏，這顯然是個大問題。這樣的問題往往發生在長時間運行的腳本中，例如請求基本上不會結束的守護程序(deamons)或單元測試中的大的套件(sets)。後者的範例：在為巨大的eZ(一個知名的PHP Library) 元件庫的範本元件做單元測試時，就可能會出現問題。有時測試可能需要耗用2GB的內存，而測試伺服器很可能沒有這麼大的內存。
回收週期(Collecting Cycles)
傳統上，像以前的php 用到的引用計數記憶體機制，無法處理循環的引用記憶體洩漏。然而 5.3.0 PHP 使用文章» 引用計數系統中的同步週期回收(Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems)中的同步演算法，來處理這個記憶體洩漏問題。
對演算法的完全說明有點超出這部分內容的範圍，將只介紹其中基礎部分。首先，我們先要建立一些基本規則，如果一個引用計數增加，它將繼續被使用，當然就不再在垃圾中。如果引用計數減少到零，所在變數容器將被清除(free)。是說，僅僅在引用計數減少到非零值時，才會產生垃圾週期(garbage cycle)。其次，在一個垃圾週期中，透過檢查引用計數是否減1，並且檢查哪些變數容器的引用次數是零，來發現哪一部分是垃圾。
為避免必須檢查所有引用計數可能減少的垃圾週期，這個演算法把所有可能根(possible roots 都是zval變數容器),放在根緩衝區(root buffer)中(用紫色來標記，稱為疑似垃圾)，這樣可以同時確保每個可能的垃圾根(possible garbage root)在緩衝區中只出現一次。僅在根緩衝區滿了時，才對緩衝區內部所有不同的變數容器執行垃圾回收操作。看上圖的步驟 A。
在步驟 B 中，模擬刪除每個紫色變數。模擬刪除時可能將不是紫色的普通變數引用數減"1"，如果某個普通變數引用計數變成0了，就對這個普通變數再做一次模擬刪除。每個變數只能被模擬刪除一次，模擬刪除後標記為灰（原文說確保不會對同一個變數容器減兩次"1",不對的吧）。
在步驟 C 中，模擬恢復每個紫色變數。恢復是有條件的，當變數的引用計數大於0時才對其做模擬恢復。同樣每個變數只能恢復一次，恢復後標示為黑，基本上就是步驟 B 的逆運算。這樣剩下的一堆沒能恢復的就是該刪除的藍色節點了，在步驟 D 中遍歷出來真的刪除掉。
演算法中都是模擬刪除、模擬恢復、真的刪除，都使用簡單的遍歷即可（最典型的深搜遍歷）。複雜度為執行模擬操作的節點數呈正相關，不只是紫色的那些疑似垃圾變數。
現在，你已經對這個演算法有了基本了解，我們回頭來看這個如何與PHP整合。預設的，PHP的垃圾回收機制是打開的，然後有一個php.ini 設定允許你修改它：zend.enable_gc 。
當垃圾回收機制開啟時，每當根快取區存滿時，就會執行上面描述的循環查找演算法。根快取區有固定的大小，可存10,000個可能根,當然你可以透過修改PHP原始碼檔案Zend/zend_gc.c中的常數GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，然後重新編譯PHP，來修改這個10,000值。當垃圾回收機制關閉時，循環查找演算法永不執行，然而，可能根將一直存在根緩衝區中，不管在配置中垃圾回收機制是否啟動。
當垃圾回收機制關閉時，如果根緩衝區存滿了可能根，更多的可能根顯然不會被記錄。那些沒被記錄的可能根，將不會被這個演算法分析處理。如果他們是循環引用週期的一部分，將永遠不能被清除進而導致記憶體洩漏。
即使在垃圾回收機制不可用時，可能根也被記錄的原因是，相對於每次找到可能根後檢查垃圾回收機制是否打開而言，記錄可能根的操作更快。不過垃圾回收和分析機製本身要耗不少時間。
除了修改配置zend.enable_gc ，也能透過分別呼叫gc_enable() 和gc_disable()函數來開啟和關閉垃圾回收機制。呼叫這些函數，與修改配置項來開啟或關閉垃圾回收機制的效果是一樣的。即使在可能根緩衝區還沒滿時，也能強制執行週期回收。你能呼叫gc_collect_cycles()函數達到這個目的。這個函數將會傳回使用這個演算法回收的周期數。
允許打開和關閉垃圾回收機制並且允許自主的初始化的原因，是由於你的應用程式的某一部分可能是高時效性的。在這種情況下，你可能不想使用垃圾回收機制。當然，對你的應用程式的某部分關閉垃圾回收機制，是在冒著可能記憶體洩漏的風險，因為一些可能根也許存不進有限的根緩衝區。因此，就在你呼叫gc_disable()函數釋放記憶體之前，先呼叫gc_collect_cycles()函數可能比較明智。因為這將清除已存放在根緩衝區中的所有可能根，然後在垃圾回收機制被關閉時，可留下空緩衝區以有更多空間存儲可能根。
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