引用鏈接：php變量與gc

棧區(qū)stack

存儲(chǔ)參數(shù)值，局部變量杂抽，維護(hù)函數(shù)調(diào)用關(guān)系

堆區(qū)heap

動(dòng)態(tài)內(nèi)存區(qū)域自点，隨時(shí)申請(qǐng)和釋放遂赠，需要自行處理生存周期

全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))

存儲(chǔ)全局和靜態(tài)變量

字面量區(qū)

常量字符串存儲(chǔ)區(qū)

程序代碼區(qū)

存儲(chǔ)二進(jìn)制代碼

PHP5的zval

zval核心是一個(gè)zvalue_value的union和zend_uchar類型type組成久妆，5.3以后引入refcount__gc字段通過引用計(jì)數(shù)進(jìn)行垃圾回收，同時(shí)新增了新的is_ref_gc來標(biāo)記是否是引用類型

_zval_value只有5個(gè)字段跷睦，但是PHP有8種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)筷弦，布爾型、整型和資源型都是lval字段存儲(chǔ)的抑诸，dval存浮點(diǎn)烂琴，str存字符串，ht存數(shù)組蜕乡，obj存對(duì)象奸绷，如果所有字段都是0就是null

_zvalue_value的lval、dval為8字節(jié)层玲，str12字節(jié)，obj為12字節(jié)线椰，因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊卿捎，需要兩個(gè)8字節(jié)來存趟庄，所以一共為16字節(jié)

_zval_struct的refcount__gc為4猫十、type和is_ref_gc都是1，所以需要24字節(jié)

申請(qǐng)一個(gè)變量是(zval*)emalloc(sizeof(zval_gc_info))

zval_gc_info是一個(gè)zval結(jié)構(gòu)體和一個(gè)u聯(lián)合體組成汇荐，u為8字節(jié)

image

實(shí)際申請(qǐng)一個(gè)變量是32字節(jié)

因?yàn)檎魏透↑c(diǎn)型不需要進(jìn)行g(shù)c革娄，所以會(huì)有內(nèi)存浪費(fèi)

在開啟zend內(nèi)存池，zval_gc_info在內(nèi)存池中分配，內(nèi)存池會(huì)為每個(gè)zval_gc_info額外申請(qǐng)一個(gè)大小為16字節(jié)的zend_mm_block結(jié)構(gòu)體

image

最終一個(gè)變量實(shí)際占用48字節(jié)

image

PHP5的問題

1.PHP5最大的問題就是zend_object_value需要12個(gè)字節(jié)俱恶，這個(gè)應(yīng)該很容易優(yōu)化掉，如把它移動(dòng)出來用一個(gè)指針代替

2.zend_struct每一個(gè)字段都有明確的含義，沒有預(yù)留任何自定義字段，導(dǎo)致做優(yōu)化時(shí)候需要存儲(chǔ)一些zval相關(guān)信息時(shí)候不得不采用其他結(jié)構(gòu)體映射窜管，或者外部包裝打補(bǔ)丁方式來擴(kuò)容zval如zval_gc_info，就是擴(kuò)容了u的union碱茁，比如GC只關(guān)心IS_ARRAY和IS_OBJECT類型但是要用到32個(gè)字節(jié)

3.PHP的zval大部分都是按值傳遞, 寫時(shí)拷貝的值, 但是有倆個(gè)例外, 就是對(duì)象和資源, 他們永遠(yuǎn)都是按引用傳遞, 這樣就造成一個(gè)問題, 對(duì)象和資源在除了zval中的引用計(jì)數(shù)以外, 還需要一個(gè)全局的引用計(jì)數(shù), 這樣才能保證內(nèi)存可以回收. 所以在PHP5的時(shí)代, 以對(duì)象為例, 它有倆套引用計(jì)數(shù), 一個(gè)是zval中的, 另外一個(gè)是obj自身的計(jì)數(shù)

獲取object為EG(objects_store).object_buckets[Z_OBJ_HANDLE_P(z)].bucket.obj纽竣，要經(jīng)過多次內(nèi)存讀取

4.PHP中大量的計(jì)算都是面向字符串的, 然而因?yàn)橐糜?jì)數(shù)是作用在zval的, 那么就會(huì)導(dǎo)致如果要拷貝一個(gè)字符串類型的zval, 我們別無他法只能復(fù)制這個(gè)字符串. 當(dāng)我們把一個(gè)zval的字符串作為key添加到一個(gè)數(shù)組里的時(shí)候, 我們別無他法只能復(fù)制這個(gè)字符串穴吹；PHP中大量的結(jié)構(gòu)體都是基于Hashtable實(shí)現(xiàn)的, 增刪改查Hashtable的操作占據(jù)了大量的CPU時(shí)間, 而字符串要查找首先要求它的Hash值, 理論上我們完全可以把一個(gè)字符串的Hash值計(jì)算好以后, 就存下來, 避免再次計(jì)算等等

php7的zval

在_zval_struct中硝逢，還有兩個(gè)重要字段u1叫乌、u2

v和type_info公用一塊內(nèi)存柴罐，長(zhǎng)度均是4，修改type_info等同于修改v中的值憨奸，type_info就是v中的4個(gè)char的組合

IS_UNDEF為標(biāo)記為未定義寞奸，表示數(shù)據(jù)可以被覆蓋或者刪除，如Unset操作在跳，PHP7不會(huì)直接將數(shù)據(jù)從分配給hashtable的內(nèi)存中刪除枪萄，而是先將該元素所在的bucket位置標(biāo)記為IS_UNDEF，當(dāng)hashtable中的IS_UNDEF元素個(gè)數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)候猫妙，進(jìn)行rehash操作時(shí)候再將元素覆蓋或者刪除

整型和浮點(diǎn)型的值拷貝

$a = 10

$a = zval_1(u1.v.type=IS_LONG,value.lval=10)

$b = $a

$a = zval_1(u1.v.type=IS_LONG,value.lval=10)

$b = zval_2(u1.v.type=IS_LONG,value.lval=10)

因?yàn)閦val只有16字節(jié)瓷翻，所以沒有直接做寫時(shí)拷貝，而是直接做了拷貝

$a = 20

$a = zval_1(u1.v.type=IS_LONG,value.lval=20)

$b = zval_2(u1.v.type=IS_LONG,value.lval=10)

unset($a)

$a = zval_1(u1.v.type=IS_UNDEF,value.lval=20)

$b = zval_2(u1.v.type=IS_LONG,value.lval=10)

字符串

冗余了hash值h吐咳，避免了在數(shù)組操作中hash值的重復(fù)計(jì)算

len表示字符串的長(zhǎng)度

val記錄了字符串的內(nèi)容

字符串通過zval.str指向zend_string結(jié)構(gòu)體

引用

PHP5在采用了引用計(jì)數(shù)后逻悠，使用refcount__gc來記錄次數(shù)，同時(shí)使用is_ref_gc來記錄是否是引用類型

$a = 'hello'

$a -> zval1(type=IS_STRING,refcount_gc=1,is_ref_gc=0)

$b = $a

$b,$a -> zval1(type=IS_STRING,refcount_gc=2,is_ref_gc=0)

$c = &$b

$a -> zval1(type=IS_STRING,refcount_gc=1,is_ref_gc=0)

$c,$b -> zval2(type=IS_STRING,refcount_gc=2,is_ref_gc=1)

PHP7的zval沒有存儲(chǔ)引用計(jì)數(shù)相關(guān)的信息韭脊，引入了新的類型IS_REFERENCE來處理&

$a = 'hello'.time()

$a -> zend_string(refcount=1,val)

$b = $a

$b,$a -> zend_string(refcount=2,val)

$c = &$b

$a -> zend_string(refcount=2,val)

$b,$c ->zval(type=IS_REFRENCE,refcount=2)->zend_string(refcount=2,val)

當(dāng)使用&操作符時(shí)候童谒，會(huì)創(chuàng)建一種新的中繼結(jié)構(gòu)體zend_reference，這個(gè)結(jié)構(gòu)體會(huì)指向真正的zend_string結(jié)構(gòu)體

PHP5的情況如下

PHP7的情況如下

對(duì)于zval在value字段中就能保存下來的沪羔，就不會(huì)對(duì)他們進(jìn)行引用計(jì)數(shù)

$a = 123
$b = $a //此時(shí)refcount和is_ref都是0
$c = &$a; //此時(shí)a和c的refcount是2饥伊，is_ref是1，b的refcount和is_ref都是0

因?yàn)?amp;操作會(huì)申請(qǐng)一個(gè)新的zend_reference結(jié)構(gòu)蔫饰，將zend_reference指向原來的zval_struct.value

不可變數(shù)組琅豆，偽引用計(jì)數(shù)為2

PHP7的改進(jìn)優(yōu)化

1.zval只需要16字節(jié),保留了擴(kuò)充字段u1、u2兩個(gè)union篓吁，u2為輔助字段茫因，如u2的next用來取代hashtable中原來的拉鏈法指針

2.PHP5時(shí)候的IS_BOOL拆分成了IS_FALSE和IS_TRUE，類型檢查的時(shí)候更快

3.IS_LONG和IS_DOUBLE在拷貝的時(shí)候直接賦值杖剪，省去了大量的引用計(jì)數(shù)操作冻押，如$a = 1驰贷，refcount為0；對(duì)于只有類型而沒有值的也不需要引用計(jì)數(shù)了IS_NULL洛巢、IS_FALSE括袒、IS_TRUE

4.對(duì)于復(fù)雜類型，一個(gè)value保存不下來的稿茉，就用value來保存一個(gè)指針, 這個(gè)指針指向這個(gè)具體的值, 引用計(jì)數(shù)也隨之作用于這個(gè)值上, 而不在是作用于zval上了

以IS_ARRY為例子

zval.value.arr將指向上面的這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)體, 由它實(shí)際保存一個(gè)數(shù)組, 引用計(jì)數(shù)部分保存在zend_refcounted_h結(jié)構(gòu)中

所有的復(fù)雜類型的定義, 開始的時(shí)候都是zend_refcounted_h結(jié)構(gòu), 這個(gè)結(jié)構(gòu)里除了引用計(jì)數(shù)以外, 還有GC相關(guān)的結(jié)構(gòu). 從而在做GC回收的時(shí)候, GC不需要關(guān)心具體類型是什么, 所有的它都可以當(dāng)做zend_refcounted*結(jié)構(gòu)來處理

對(duì)象

PHP5的對(duì)象存儲(chǔ)在_zend_object_value結(jié)構(gòu)體中

handle是一個(gè)無符號(hào)的int锹锰，通過handler可以在全局的對(duì)象池里面索引到指定對(duì)象；handlers指向了一個(gè)包含多個(gè)函數(shù)指針的結(jié)構(gòu)體漓库，但是對(duì)象的真正數(shù)據(jù)并沒有在這里恃慧，而是存在全局的EG（objects_store）中

對(duì)象在zend_object_store_bucket中維護(hù)了另外一個(gè)refcount來記錄對(duì)象的引用計(jì)數(shù)

PHP5對(duì)象的問題是兩套引用計(jì)數(shù)和獲取對(duì)象的多次內(nèi)存讀取，使得對(duì)象效率比較低

PHP7中對(duì)象

PHP7對(duì)象的屬性存儲(chǔ)在properties_table數(shù)組中米苹，而properties是一個(gè)hashtable糕伐，key為對(duì)象屬性的名字，value為屬性值在properties_table數(shù)組中的偏移量蘸嘶，通過偏移量去查找真正的值

PHP5和7的change on write

$a = "123".time()

a;

a;

在PHP5中良瞧，a是引用關(guān)系，refcount=2训唱，is_ref_gc為1褥蚯，當(dāng)a時(shí)候，發(fā)現(xiàn)a的復(fù)制

在PHP7中况增，a首先生成一個(gè)refernce類型赞庶，然后因?yàn)榇藭r(shí)有倆個(gè)變量引用它所以zend_reference這個(gè)結(jié)構(gòu)的引用計(jì)數(shù)zval.value.ref->gc.refcount為2，然后a時(shí)候澳骤，讓$c指向zval.value.ref->val就可以了歧强，沒有產(chǎn)生復(fù)制

gc基本

PHP7中復(fù)雜類型的引用計(jì)數(shù)都維護(hù)在各個(gè)結(jié)構(gòu)體頭部的gc中

gc是一種內(nèi)存管理機(jī)制，但一個(gè)變量不需要時(shí)候應(yīng)該被釋放为肮，一種方式是使用引用計(jì)數(shù)摊册，通過對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理空間多附加一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)其他數(shù)據(jù)與其相關(guān)就自增颊艳，定期檢查存儲(chǔ)對(duì)象的計(jì)數(shù)器

PHP7的gc實(shí)現(xiàn)方式是定期遍歷和標(biāo)記若干存儲(chǔ)對(duì)象的數(shù)組茅特，再通過算法將是垃圾的物理空間回收

image

總大小為8字節(jié)

zend_uchar type冗余了一份u1.v.type，1字節(jié)

zend_uchar flags可以是字符串類型或者是數(shù)組類型等棋枕，1字節(jié)

gc_info 為2字節(jié)白修，標(biāo)記當(dāng)前元素的顏色和位置，黑色重斑、白色兵睛、灰色、紫色

如

$i = 0;
$a = "hello" . $i;
$b = $a;

a并沒有進(jìn)行內(nèi)存拷貝，而是直接指向了同一個(gè)zend_string結(jié)構(gòu)體

unset($a) refcount為1

unset($b) refcount為0祖很，調(diào)用ZVAL_UNDEF(var)累盗，將type標(biāo)記為IS_UNDEF

循環(huán)引用問題

PHP7中使用&會(huì)改變等號(hào)兩邊zval的類型為IS_REFERENCE，引用計(jì)數(shù)會(huì)在新的結(jié)構(gòu)體zend_reference中突琳，并且引用計(jì)數(shù)為2

如果等號(hào)兩邊是同一個(gè)變量，那么就自己引用自己

$a = []

$a[] = &$a;

![image](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-358334a17824748e?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

當(dāng)執(zhí)行unset($a)操作符相，$a所在的zval類型被標(biāo)記為IS_UNDEF拆融，zend_reference結(jié)構(gòu)體的引用計(jì)數(shù)減1，但是仍然大于0啊终，后面的結(jié)構(gòu)體可能變成垃圾镜豹，如果循環(huán)引用不處理可能會(huì)造成內(nèi)存泄漏，gc會(huì)將這部分可能是垃圾的數(shù)據(jù)收集到緩沖區(qū)蓝牲，同時(shí)加入root環(huán)

$a = []

$a[] = &$a;

unset($a)

a的第一個(gè)元素指向a趟脂，a的zval的refcount為2，unset($a)例衍， refcount為1昔期，但是不會(huì)被回收

![image](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-9cd0a47cf5766fc5?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

PHP是通過符號(hào)表(Symbol Table)存儲(chǔ)變量符號(hào)的，全局有一個(gè)符號(hào)表佛玄，而每個(gè)復(fù)雜類型如數(shù)組或?qū)ο笥凶约旱姆?hào)表硼一，因此上面代碼中，a和a[0]是兩個(gè)符號(hào)梦抢，但是a儲(chǔ)存在全局符號(hào)表中般贼，而a[0]儲(chǔ)存在數(shù)組本身的符號(hào)表中，且這里a和a[0]引用同一個(gè)zval(當(dāng)然符號(hào)a后來被銷毀了)

##### gc

PHP7的gc為垃圾收集器將可能是垃圾的元素收集在回收池中奥吩，然后由垃圾回收算法回收

1.如果一個(gè)變量value的refcount減少到0哼蛆，此value可以被釋放，不屬于垃圾(gc不會(huì)處理)

2.如果一個(gè)變量value的refcount減少后大于0霞赫，此value不可以被釋放腮介，屬于垃圾

目前垃圾是會(huì)出現(xiàn)在array和object中，object是成員屬性引用對(duì)象本身

unset($a)后绩脆，對(duì)a進(jìn)行析構(gòu)函數(shù)將refcount-1萤厅，若為0則說明可以直接釋放內(nèi)存，若大于0則放到gc_root_buffer中靴迫，每個(gè)zval只可放一次惕味，依據(jù)是zval所在的zval_gc_info中g(shù)c_root_buffer的顏色是否為紫色

在自動(dòng)GC中，在zval斷開value的指向時(shí)如果發(fā)現(xiàn)refcount=0會(huì)直接釋放玉锌，發(fā)生斷開的常見的為修改變量與函數(shù)返回名挥，函數(shù)返回會(huì)釋放所有的局部變量，把所有的局部變量的refcount-1

如果zval的refcount減少到0主守，那么zval可以被釋放禀倔，不屬于垃圾

如果zval的refcount減少后大于0榄融，那么zval還不能被釋放，zval可能是一個(gè)垃圾救湖，放入緩存區(qū)

如下代碼會(huì)造成內(nèi)存溢出愧杯，因?yàn)殛P(guān)閉了gc導(dǎo)致res不能被回收

![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-b29c07820f551391?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-543e2208f19c525c?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

gc_root_buffer是一個(gè)雙向鏈表，同時(shí)記錄引用計(jì)數(shù)相關(guān)信息鞋既，zend_gc_globals維護(hù)著gc的整個(gè)信息

| | |
| ------ | ------ |
|gc_enabled | 是否開啟gc|
|gc_active | 垃圾回收算法是否運(yùn)行|
|gc_full | 垃圾緩沖區(qū)是否滿了|
|buf | 垃圾緩沖區(qū)力九，默認(rèn)大小為10000個(gè)節(jié)點(diǎn)，第0個(gè)節(jié)點(diǎn)保留邑闺，不會(huì)使用(#define GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES 10001)
|roots | 指向緩沖區(qū)中最新加入的可能是垃圾的元素|
|unused | 指向緩沖區(qū)中沒有使用的位置跌前，在沒有啟動(dòng)gc算法前，指向空|
|first_unused | 指向緩沖區(qū)中第一個(gè)未使用的位置陡舅，新的元素插入緩沖區(qū)后抵乓，指針向后移動(dòng)一位|
|last_unused | 指向緩沖區(qū)最后一個(gè)位置|
| to_free | 待釋放的列表|
| next_to_free | 下一個(gè)待釋放的列表|
| gc_runs | 記錄gc算法運(yùn)行的次數(shù)，當(dāng)緩沖區(qū)滿了靶衍，才會(huì)運(yùn)行g(shù)c|
| collected | 記錄gc算法回收的垃圾數(shù)|

zend_gc_globals大小為120字節(jié)灾炭，PHP7維護(hù)了一個(gè)全局變量zend_gc_globals的hashtable

![image](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-20edac0d2281fb43?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

存取值的宏為GC_G(v)

gc的初始化

![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-4ce076de1e4cac57?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-3cfefdf218ec426b?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

###### 垃圾回收過程

1.類型是數(shù)組和對(duì)象

2.沒有在緩存區(qū)存在

3.沒有被標(biāo)記過

4.將其gc_info標(biāo)記為紫色，且記錄其在緩沖區(qū)的位置

當(dāng)緩沖區(qū)滿了摊灭，在收集到新的元素就會(huì)觸發(fā)gc算法咆贬，引用計(jì)數(shù)大于0說明還有其他地方使用，那么先將引用計(jì)數(shù)-1帚呼，如果為0則說明是垃圾掏缎，需要被回收。反之說明不是垃圾煤杀，需要將其從回收池移除

###### gc算法過程

1.對(duì)roots環(huán)中的每個(gè)元素進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷眷蜈，將每個(gè)元素中的gc_info為紫色的標(biāo)記為灰色，且引用計(jì)數(shù)-1

2.掃描roots環(huán)中g(shù)c_info為灰色的元素沈自，如果發(fā)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)仍然大于0酌儒，說明不為垃圾，那么將其顏色重新標(biāo)記為黑色枯途，并且引用計(jì)數(shù)+1,忌怎；如果發(fā)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)為0，標(biāo)記為白色

3.掃描roots環(huán)酪夷，將gc_info為黑色的從roots中移除榴啸，然后的白色的元素進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，將其引用計(jì)數(shù)+1晚岭，然后將roots鏈表移動(dòng)到待釋放的列表to_free中

4.釋放to_free列表的元素

![image](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-aea7083b35c4f577?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

對(duì)象是類的實(shí)例鸥印，有繼承類的默認(rèn)屬性表default_properties_table，同時(shí)類支持動(dòng)態(tài)屬性，所以也有自己的properties_table库说，在對(duì)類進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷時(shí)候會(huì)將兩個(gè)表重建合并

###### gc配置

 * php.ini

![php.ini](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6578832-498bf06c331cc321?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

* gc_enable()

* gc_disable()

 * gc_collect_cycles() //強(qiáng)制進(jìn)行垃圾回收

關(guān)閉了gc時(shí)候狂鞋，還會(huì)記錄到root根緩沖區(qū)，但是當(dāng)根緩沖區(qū)滿了不會(huì)自動(dòng)進(jìn)行垃圾回收