PHP進(jìn)階學(xué)習(xí)之垃圾回收機(jī)制詳解

本文實(shí)例講述了PHP垃圾回收機(jī)制。分享給大家供大家參考，具體如下：

一、概念

垃圾回收機(jī)制是一種動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配的方案。它會(huì)自動(dòng)釋放程序不再需要的已分配的內(nèi)存塊。垃圾回收機(jī)制可以讓程序員不必過(guò)分關(guān)心程序內(nèi)存分配，從而將更多的精力投入到業(yè)務(wù)邏輯。在現(xiàn)在的流行各種語(yǔ)言當(dāng)中，垃圾回收機(jī)制是新一代語(yǔ)言所共有的特征，如Python、PHP、C#、Ruby等都使用了垃圾回收機(jī)制。

二、PHP垃圾回收機(jī)制

1、在PHP5.3版本之前,使用的垃圾回收機(jī)制是單純的“引用計(jì)數(shù)”。即：
①每個(gè)內(nèi)存對(duì)象都分配一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)內(nèi)存對(duì)象被變量引用時(shí)，計(jì)數(shù)器+1；
②當(dāng)變量引用撤掉后（執(zhí)行unset（）后），計(jì)數(shù)器-1；
③當(dāng)計(jì)數(shù)器=0時(shí)，表明內(nèi)存對(duì)象沒(méi)有被使用，該內(nèi)存對(duì)象則進(jìn)行銷(xiāo)毀，垃圾回收完成。
并且PHP在一個(gè)生命周期結(jié)束后就會(huì)釋放此進(jìn)程/線(xiàn)程所占的內(nèi)容，這種方式?jīng)Q定了PHP在前期不需要過(guò)多考慮內(nèi)存的泄露問(wèn)題。 

但是當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)對(duì)象互相引用形成環(huán)狀后，內(nèi)存對(duì)象的計(jì)數(shù)器則不會(huì)消減為0；這時(shí)候，這一組內(nèi)存對(duì)象已經(jīng)沒(méi)用了，但是不能回收，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄露的現(xiàn)象。
php5.3開(kāi)始，使用了新的垃圾回收機(jī)制，在引用計(jì)數(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了一種復(fù)雜的算法，來(lái)檢測(cè)內(nèi)存對(duì)象中引用環(huán)的存在，以避免內(nèi)存泄露。

2、隨著PHP的發(fā)展，PHP開(kāi)發(fā)者的增加以及其所承載的業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)大，在PHP5.3中引入了更加完善的垃圾回收機(jī)制，新的垃圾回收機(jī)制解決了無(wú)法處理循環(huán)的引用內(nèi)存泄漏問(wèn)題。

如官方文檔所說(shuō)：每個(gè)php變量存在一個(gè)叫"zval"的變量容器中。一個(gè)zval變量容器，除了包含變量的類(lèi)型和值，還包括兩個(gè)字節(jié)的額外信息。第一個(gè)是"is_ref"，是個(gè)bool值，用來(lái)標(biāo)識(shí)這個(gè)變量是否是屬于引用集合(reference set)。通過(guò)這個(gè)字節(jié)，php引擎才能把普通變量和引用變量區(qū)分開(kāi)來(lái)，由于php允許用戶(hù)通過(guò)使用來(lái)使用自定義引用，zval變量容器中還有一個(gè)內(nèi)部引用計(jì)數(shù)機(jī)制，來(lái)優(yōu)化內(nèi)存使用。第二個(gè)額外字節(jié)是"refcount"，用以表示指向這個(gè)zval變量容器的變量(也稱(chēng)符號(hào)即symbol)個(gè)數(shù)。所有的符號(hào)存在一個(gè)符號(hào)表中，其中每個(gè)符號(hào)都有作用域(scope)。簡(jiǎn)單的理解如下圖所示：

如官方文檔所說(shuō)，可以使用Xdebug來(lái)檢查引用計(jì)數(shù)情況：

?php
$a = "new string";
$c = $b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
unset( $b, $c );
xdebug_debug_zval( 'a' );
?>

以上例程會(huì)輸出：

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

注意：從PHP7的NTS版本開(kāi)始，以上例程的引用將不再被計(jì)數(shù)，即$c=$b=$a之后a的引用計(jì)數(shù)也是1.具體分類(lèi)如下：
在PHP 7中，zval可以被引用計(jì)數(shù)或不被引用。在zval結(jié)構(gòu)中有一個(gè)標(biāo)志確定了這一點(diǎn)。
①對(duì)于null，bool，int和double的類(lèi)型變量，refcount永遠(yuǎn)不會(huì)計(jì)數(shù)；
②對(duì)于對(duì)象、資源類(lèi)型，refcount計(jì)數(shù)和php5的一致；
③對(duì)于字符串，未被引用的變量被稱(chēng)為“實(shí)際字符串”。而那些被引用的字符串被重復(fù)刪除（即只有一個(gè)帶有特定內(nèi)容的被插入的字符串）并保證在請(qǐng)求的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)存在，所以不需要為它們使用引用計(jì)數(shù)；如果使用了opcache，這些字符串將存在于共享內(nèi)存中，在這種情況下，您不能使用引用計(jì)數(shù)（因?yàn)槲覀兊囊糜?jì)數(shù)機(jī)制是非原子的）；
④對(duì)于數(shù)組，未引用的變量被稱(chēng)為“不可變數(shù)組”。其數(shù)組本身計(jì)數(shù)與php5一致，但是數(shù)組里面的每個(gè)鍵值對(duì)的計(jì)數(shù)，則按前面三條的規(guī)則（即如果是字符串也不在計(jì)數(shù)）；如果使用opcache，則代碼中的常量數(shù)組文字將被轉(zhuǎn)換為不可變數(shù)組。再次，這些生活在共享內(nèi)存，因此不能使用refcounting。

我們的demo例子如下：

?php
echo '測(cè)試字符串引用計(jì)數(shù)';
$a = "new string";
$b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
unset( $b);
xdebug_debug_zval( 'a' );
$b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' );
echo '測(cè)試數(shù)組引用計(jì)數(shù)';
$c = array('a','b');
xdebug_debug_zval( 'c' );
$d = $c;
xdebug_debug_zval( 'c' );
$c[2]='c';
xdebug_debug_zval( 'c' );
echo '測(cè)試int型計(jì)數(shù)';
$e = 1;
xdebug_debug_zval( 'e' );

看到的輸出如下：

可以參考：https://stackoverflow.com/questions/34764119/confusion-about-php-7-refcount

三、回收周期

默認(rèn)的，PHP的垃圾回收機(jī)制是打開(kāi)的，然后有個(gè)php.ini設(shè)置允許你修改它：zend.enable_gc 。

當(dāng)垃圾回收機(jī)制打開(kāi)時(shí)，算法會(huì)判斷每當(dāng)根緩存區(qū)存滿(mǎn)時(shí)，就會(huì)執(zhí)行循環(huán)查找。根緩存區(qū)有固定的大小，默認(rèn)10,000，可以通過(guò)修改PHP源碼文件Zend/zend_gc.c中的常量GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，然后重新編譯PHP，來(lái)修改這個(gè)值。當(dāng)垃圾回收機(jī)制關(guān)閉時(shí)，循環(huán)查找算法永不執(zhí)行，然而，根將一直存在根緩沖區(qū)中，不管在配置中垃圾回收機(jī)制是否激活。

除了修改配置zend.enable_gc ，也能通過(guò)分別調(diào)用gc_enable() 和 gc_disable()函數(shù)在運(yùn)行php時(shí)來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉垃圾回收機(jī)制。調(diào)用這些函數(shù)，與修改配置項(xiàng)來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉垃圾回收機(jī)制的效果是一樣的。即使在可能根緩沖區(qū)還沒(méi)滿(mǎn)時(shí)，也能強(qiáng)制執(zhí)行周期回收。你能調(diào)用gc_collect_cycles()函數(shù)達(dá)到這個(gè)目的。這個(gè)函數(shù)將返回使用這個(gè)算法回收的周期數(shù)。

允許打開(kāi)和關(guān)閉垃圾回收機(jī)制并且允許自主的初始化的原因，是由于你的應(yīng)用程序的某部分可能是高時(shí)效性的。在這種情況下，你可能不想使用垃圾回收機(jī)制。當(dāng)然，對(duì)你的應(yīng)用程序的某部分關(guān)閉垃圾回收機(jī)制，是在冒著可能內(nèi)存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橐恍┛赡芨苍S存不進(jìn)有限的根緩沖區(qū)。因此，就在你調(diào)用gc_disable()函數(shù)釋放內(nèi)存之前，先調(diào)用gc_collect_cycles()函數(shù)可能比較明智。因?yàn)檫@將清除已存放在根緩沖區(qū)中的所有可能根，然后在垃圾回收機(jī)制被關(guān)閉時(shí)，可留下空緩沖區(qū)以有更多空間存儲(chǔ)可能根。

四、性能影響

1、內(nèi)存占用空間的節(jié)省

首先，實(shí)現(xiàn)垃圾回收機(jī)制的整個(gè)原因是為了一旦先決條件滿(mǎn)足，通過(guò)清理循環(huán)引用的變量來(lái)節(jié)省內(nèi)存占用。在PHP執(zhí)行中，一旦根緩沖區(qū)滿(mǎn)了或者調(diào)用gc_collect_cycles() 函數(shù)時(shí)，就會(huì)執(zhí)行垃圾回收。

2、執(zhí)行時(shí)間增加

垃圾回收影響性能的第二個(gè)領(lǐng)域是它釋放已泄漏的內(nèi)存耗費(fèi)的時(shí)間。
通常，PHP中的垃圾回收機(jī)制，僅僅在循環(huán)回收算法確實(shí)運(yùn)行時(shí)會(huì)有時(shí)間消耗上的增加。但是在平常的(更小的)腳本中應(yīng)根本就沒(méi)有性能影響。

3、在平常腳本中有循環(huán)回收機(jī)制運(yùn)行的情況下，內(nèi)存的節(jié)省將允許更多這種腳本同時(shí)運(yùn)行在你的服務(wù)器上。因?yàn)榭偣彩褂玫膬?nèi)存沒(méi)達(dá)到上限。
這種好處在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行腳本中尤其明顯，諸如長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試套件或者daemon腳本此類(lèi)。同時(shí)，對(duì)通常比Web腳本運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的腳本應(yīng)用程序，新的垃圾回收機(jī)制，應(yīng)該會(huì)大大改變一直以來(lái)認(rèn)為內(nèi)存泄漏問(wèn)題難以解決的看法。

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希望本文所述對(duì)大家PHP程序設(shè)計(jì)有所幫助。