PHP进阶学习之垃圾回收机制详解

一、概念

垃圾回收机制是一种动态存储分配的方案。它会自动释放程序不再需要的已分配的内存块。垃圾回收机制可以让程序员不必过分关心程序内存分配，从而将更多的精力投入到业务逻辑。

在现在的流行各种语言当中，垃圾回收机制是新一代语言所共有的特征，如Python、PHP、C#、Ruby等都使用了垃圾回收机制。

二、PHP垃圾回收机制

1、在PHP5.3版本之前,使用的垃圾回收机制是单纯的“引用计数”。即：
①每个内存对象都分配一个计数器，当内存对象被变量引用时，计数器+1；
②当变量引用撤掉后（执行unset（）后），计数器-1；
③当计数器=0时，表明内存对象没有被使用，该内存对象则进行销毁，垃圾回收完成。

并且PHP在一个生命周期结束后就会释放此进程/线程所占的内容，这种方式决定了PHP在前期不需要过多考虑内存的泄露问题。 

但是当两个或多个对象互相引用形成环状后，内存对象的计数器则不会消减为0；这时候，这一组内存对象已经没用了，但是不能回收，从而导致内存泄露的现象。

php5.3开始，使用了新的垃圾回收机制，在引用计数基础上，实现了一种复杂的算法，来检测内存对象中引用环的存在，以避免内存泄露。

2、随着PHP的发展，PHP开发者的增加以及其所承载的业务范围的扩大，在PHP5.3中引入了更加完善的垃圾回收机制，新的垃圾回收机制解决了无法处理循环的引用内存泄漏问题。

如官方文档所说：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)。简单的理解如下图所示：

如官方文档所说，可以使用Xdebug来检查引用计数情况：

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

以上例程会输出：

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

注意：从PHP7的NTS版本开始，以上例程的引用将不再被计数，即$c=$b=$a之后a的引用计数也是1.具体分类如下：
在PHP 7中，zval可以被引用计数或不被引用。在zval结构中有一个标志确定了这一点。
①对于null，bool，int和double的类型变量，refcount永远不会计数；

②对于对象、资源类型，refcount计数和php5的一致；

③对于字符串，未被引用的变量被称为“实际字符串”。而那些被引用的字符串被重复删除（即只有一个带有特定内容的被插入的字符串）并保证在请求的整个持续时间内存在，所以不需要为它们使用引用计数；如果使用了opcache，这些字符串将存在于共享内存中，在这种情况下，您不能使用引用计数（因为我们的引用计数机制是非原子的）；

④对于数组，未引用的变量被称为“不可变数组”。其数组本身计数与php5一致，但是数组里面的每个键值对的计数，则按前面三条的规则（即如果是字符串也不在计数）；如果使用opcache，则代码中的常量数组文字将被转换为不可变数组。

再次，这些生活在共享内存，因此不能使用refcounting。

我们的demo例子如下：

	<?php echo '测试字符串引用计数';
$a = "new string";
$b = $a;
xdebug_debug_zval( 'a' ); unset( $b);
xdebug_debug_zval( 'a' );
$b = &$a;
xdebug_debug_zval( 'a' ); echo '测试数组引用计数';
$c = array('a','b');
xdebug_debug_zval( 'c' );
$d = $c;
xdebug_debug_zval( 'c' );
$c[2]='c';
xdebug_debug_zval( 'c' ); echo '测试int型计数';
$e = 1;
xdebug_debug_zval( 'e' ); 

看到的输出如下：

三、回收周期

默认的，PHP的垃圾回收机制是打开的，然后有个php.ini设置允许你修改它：zend.enable_gc 。

当垃圾回收机制打开时，算法会判断每当根缓存区存满时，就会执行循环查找。根缓存区有固定的大小，默认10,000，可以通过修改PHP源码文件Zend/zend_gc.c中的常量GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，然后重新编译PHP，来修改这个值。当垃圾回收机制关闭时，循环查找算法永不执行，然而，根将一直存在根缓冲区中，不管在配置中垃圾回收机制是否激活。

除了修改配置zend.enable_gc ，也能通过分别调用gc_enable() 和 gc_disable()函数在运行php时来打开和关闭垃圾回收机制。调用这些函数，与修改配置项来打开或关闭垃圾回收机制的效果是一样的。即使在可能根缓冲区还没满时，也能强制执行周期回收。你能调用gc_collect_cycles()函数达到这个目的。这个函数将返回使用这个算法回收的周期数。

允许打开和关闭垃圾回收机制并且允许自主的初始化的原因，是由于你的应用程序的某部分可能是高时效性的。在这种情况下，你可能不想使用垃圾回收机制。当然，对你的应用程序的某部分关闭垃圾回收机制，是在冒着可能内存泄漏的风险，因为一些可能根也许存不进有限的根缓冲区。

因此，就在你调用gc_disable()函数释放内存之前，先调用gc_collect_cycles()函数可能比较明智。因为这将清除已存放在根缓冲区中的所有可能根，然后在垃圾回收机制被关闭时，可留下空缓冲区以有更多空间存储可能根。

四、性能影响

1、内存占用空间的节省

首先，实现垃圾回收机制的整个原因是为了一旦先决条件满足，通过清理循环引用的变量来节省内存占用。在PHP执行中，一旦根缓冲区满了或者调用gc_collect_cycles() 函数时，就会执行垃圾回收。

2、执行时间增加

垃圾回收影响性能的第二个领域是它释放已泄漏的内存耗费的时间。
通常，PHP中的垃圾回收机制，仅仅在循环回收算法确实运行时会有时间消耗上的增加。但是在平常的(更小的)脚本中应根本就没有性能影响。

3、在平常脚本中有循环回收机制运行的情况下，内存的节省将允许更多这种脚本同时运行在你的服务器上。因为总共使用的内存没达到上限。

这种好处在长时间运行脚本中尤其明显，诸如长时间的测试套件或者daemon脚本此类。同时，对通常比Web脚本运行时间长的脚本应用程序，新的垃圾回收机制，应该会大大改变一直以来认为内存泄漏问题难以解决的看法。

原文链接:http://www.phpxs.com/post/6608/
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