PHP記憶體回收機制—引用計數的基本知識

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，用來標識這個變數是否是屬於引用集合(reference set)。通過這個位元組，php引擎才能把普通變數和引用變數區分開來，由於php允許使用者通過使用&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，來最佳化記憶體使用量。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，其中每個符號都有範圍(scope)，那些主指令碼(比如：通過瀏覽器請求的的指令碼)和每個函數或者方法也都有範圍。

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 建立一個新的zval容器

<?php    $a = "new string";?>

在上例中，新的變數a，是在當前範圍中產生的。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"被預設設定為 FALSE，因為沒有任何自訂的引用產生。"refcount" 被設定為 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，你能通過調用函數 xdebug_debug_zval()顯示"refcount"和"is_ref"的值。

Example #2 顯示zval資訊

<?php    xdebug_debug_zval('a');?>

以上常式會輸出：

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

把一個變數賦值給另一變數將增加引用次數(refcount).

Example #3 zval中refcount的增長

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

以上常式會輸出：

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

這時，引用次數是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不會去複製已產生的變數容器。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範圍(比如：函數執行結束)，或者對變數調用了函數 unset()時，”refcount“就會減1，下面的例子就能說明:

Example #4 zval中refcount的減少

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

以上常式會輸出：

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

如果我們現在執行 unset($a);，包含類型和值的這個變數容器就會從記憶體中刪除。

複合類型(Compound Types)

當考慮像 array和object這樣的複合類型時，事情就稍微有點複雜。與 標量(scalar)類型的值不同，array和 object類型的變數把它們的成員或屬性存在自己的符號表中。這意味著下面的例子將產生三個zval變數容器。

Example #5 建立一個數組zval

<?php    $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );    xdebug_debug_zval( 'a' );?>

以上常式的輸出類似於：

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

Example #6 添加一個已存在的元素到數組中

<?php    $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );    $a['life'] = $a['meaning'];    xdebug_debug_zval( 'a' );?>

以上常式的輸出類似於：

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')

或者圖形化顯示如下：

從以上的xdebug輸出資訊，我們看到原有的數組元素和新添加的數組元素關聯到同一個"refcount"2的zval變數容器. 儘管 Xdebug的輸出顯示兩個值為'life'的 zval 變數容器，其實是同一個。 函數 xdebug_debug_zval()不顯示這個資訊，但是你能通過顯示記憶體指標資訊來看到。

刪除數組中的一個元素，就是類似於從範圍中刪除一個變數. 刪除後,數組中的這個元素所在的容器的“refcount”值減少，同樣，當“refcount”為0時，這個變數容器就從記憶體中被刪除，下面又一個例子可以說明：

Example #7 從數組中移除元素

<?php    $a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );    $a['life'] = $a['meaning'];    unset( $a['meaning'], $a['number'] );    xdebug_debug_zval( 'a' );?>

以上常式的輸出類似於：

a: (refcount=1, is_ref=0)=array (   'life' => (refcount=1, is_ref=0)='life')

現在，當我們添加一個數組本身作為這個數組的元素時，事情就變得有趣，下個例子將說明這個。例中我們加入了引用操作符，否則php將產生一個複製。

Example #8 添加數組元素到數組本身

<?php    $a = array( 'one' );    $a[] =& $a;    xdebug_debug_zval( 'a' );?>

以上常式的輸出類似於：

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

Or graphically

能看到陣列變數 (a) 同時也是這個數組的第二個元素(1) 指向的變數容器中“refcount”為 2。上面的輸出結果中的"..."說明發生了遞迴操作, 顯然在這種情況下意味著"..."指向原始數組。

跟剛剛一樣，對一個變數調用unset，將刪除這個符號，且它指向的變數容器中的引用次數也減1。所以，如果我們在執行完上面的代碼後，對變數$a調用unset, 那麼變數 $a和數組元素 "1" 所指向的變數容器的引用次數減1, 從"2"變成"1". 下例可以說明:

Example #9 銷毀 $a

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

或者圖形化顯示如下：

清理變數容器的問題(Cleanup Problems)

儘管不再有某個範圍中的任何符號指向這個結構(就是變數容器)，由於數組元素“1”仍然指向數組本身，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流失。慶幸的是，php將在請求結束時清除這個資料結構，但是在php清除之前，將耗費不少空間的記憶體。如果你要實現分析演算法，或者要做其他像一個子項目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對象上，實際上對象更有可能出現這種情況，因為對象總是隱式的被引用。

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，甚至幾十萬次的記憶體流失，這顯然是個大問題。在長時間啟動並執行指令碼，比如請求基本上不會結束的守護進程(deamons)或者單元測試中的大的套件(sets)中，在給 eZ 組件庫的模板組件做單元測試時，後者(指單元測試中的大的套件)就會出現問題.它將需要耗用2GB的記憶體，而一般的測試伺服器沒有這麼大的記憶體空間。

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