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PHP的垃圾回收机制——引用计数

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(reference set)。

作者:阿里云栖技术社区来源:PHP技术大全|2017-10-12 12:41

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PHP的垃圾回收机制——引用计数

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(reference set)。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。所有的符号存在一个符号表中,其中每个符号都有作用域(scope),那些主脚本(比如:通过浏览器请求的的脚本)和每个函数或者方法也都有作用域。

当一个变量被赋常量值时,就会生成一个zval变量容器,如下例这样:

例1 生成一个新的zval容器

  1. <?php  
  2.  
  3. $a = "new string"
  4.  
  5. ?> 

在上例中,新的变量a,是在当前作用域中生成的。并且生成了类型为 string 和值为new string的变量容器。在额外的两个字节信息中,"is_ref"被默认设置为 FALSE,因为没有任何自定义的引用生成。"refcount" 被设定为 1,因为这里只有一个变量使用这个变量容器. 注意到当"refcount"的值是1时,"is_ref"的值总是FALSE. 如果你已经安装了» Xdebug,你能通过调用函数 xdebug_debug_zval()显示"refcount"和"is_ref"的值。

例2 显示zval信息

  1. <?php  
  2.  
  3. xdebug_debug_zval('a'); 
  4.  
  5. ?> 

以上例程会输出:

  1. a: (refcount=1, is_ref=0)='new string' 

把一个变量赋值给另一变量将增加引用次数(refcount).

例3 增加一个zval的引用计数

  1. <?php 
  2.  $a = "new string"
  3.  
  4. $b = $a; 
  5.  
  6. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  7.  
  8. ?> 

以上例程会输出:

  1. a: (refcount=2, is_ref=0)='new string' 

这时,引用次数是2,因为同一个变量容器被变量 a 和变量 b关联.当没必要时,php不会去复制已生成的变量容器。变量容器在”refcount“变成0时就被销毁. 当任何关联到某个变量容器的变量离开它的作用域(比如:函数执行结束),或者对变量调用了函数 unset()时,”refcount“就会减1,下面的例子就能说明:

例4 减少引用计数

  1. <?php  
  2.  
  3. $a = "new string"
  4.  
  5. $c = $b = $a; 
  6.  
  7. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  8.  
  9. unset( $b, $c ); 
  10.  
  11. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  12.  
  13. ?> 

以上例程会输出:

  1. a: (refcount=3, is_ref=0)='new string' 
  2.  
  3. a: (refcount=1, is_ref=0)='new string' 

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。

例5 Creating a array zval

  1. <?php  
  2.  
  3. $a = array( 'meaning' => 'life''number' => 42 ); 
  4.  
  5. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  6.  
  7. ?> 

以上例程的输出类似于:

  1. a: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 
  2.    'meaning' => (refcount=1, is_ref=0)='life'
  3.    'number' => (refcount=1, is_ref=0)=42 

图示:

一个简单数组的zval

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:

例6 添加一个已经存在的元素到数组中

  1. <?php  
  2.  
  3. $a = array( 'meaning' => 'life''number' => 42 ); 
  4.  
  5. $a['life'] = $a['meaning']; 
  6.  
  7. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  8.  
  9. ?> 

以上例程的输出类似于:

  1. a: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 
  2.  
  3. 'meaning' => (refcount=2, is_ref=0)='life'
  4.  
  5. 'number' => (refcount=1, is_ref=0)=42, 
  6.  
  7. 'life' => (refcount=2, is_ref=0)='life' 
  8.  

图示:

带有引用的简单数组的zval

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:

例7 从数组中删除一个元素

  1. <?php  
  2.  
  3. $a = array( 'meaning' => 'life''number' => 42 ); 
  4.  
  5. $a['life'] = $a['meaning']; 
  6.  
  7. unset( $a['meaning'], $a['number'] ); 
  8.  
  9. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  10.  
  11. ?> 

以上例程的输出类似于:

  1. a: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 
  2.  
  3. 'life' => (refcount=1, is_ref=0)='life' 
  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。

例8 把数组作为一个元素添加到自己

  1. <?php  
  2.  
  3. $a = array( 'one' ); 
  4.  
  5. $a[] =&$a; 
  6.  
  7. xdebug_debug_zval( 'a' ); 
  8.  
  9. ?> 

以上例程的输出类似于:

  1. a: (refcount=2, is_ref=1)=array ( 
  2.  
  3. 0 => (refcount=1, is_ref=0)='one'
  4.  
  5. 1 => (refcount=2, is_ref=1)=... 
  6.  

图示:

自引用(curcular reference,自己是自己的一个元素)的数组的zval

能看到数组变量 (a) 同时也是这个数组的第二个元素(1) 指向的变量容器中“refcount”为 2。上面的输出结果中的"..."说明发生了递归操作, 显然在这种情况下意味着"..."指向原始数组。

跟刚刚一样,对一个变量调用unset,将删除这个符号,且它指向的变量容器中的引用次数也减1。所以,如果我们在执行完上面的代码后,对变量$a调用unset, 那么变量 $a 和数组元素 "1" 所指向的变量容器的引用次数减1, 从"2"变成"1". 下例可以说明:

例9 Unsetting $a

  1. (refcount=1, is_ref=1)=array ( 
  2.    0 => (refcount=1, is_ref=0)='one'
  3.    1 => (refcount=1, is_ref=1)=... 

图示:

Zvals after removal of array with a circular reference demonstrating the memory leak

清理变量容器的问题(Cleanup Problems)

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。

如果上面的情况发生仅仅一两次倒没什么,但是如果出现几千次,甚至几十万次的内存泄漏,这显然是个大问题。这样的问题往往发生在长时间运行的脚本中,比如请求基本上不会结束的守护进程(deamons)或者单元测试中的大的套件(sets)中。后者的例子:在给巨大的eZ(一个知名的PHP Library) 组件库的模板组件做单元测试时,就可能会出现问题。有时测试可能需要耗用2GB的内存,而测试服务器很可能没有这么大的内存。

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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