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浅析 PHP 的「垃圾回收」机制

发布于: 15 小时前

Java 种的垃圾回收机制,大家肯定都有所了解,比如如何确定垃圾,有两种算法,引用计数法和可达性分析算法。Java 中使用的是可达性分析算法,而 PHP 使用的引用计数算法。我们都知道引用计数算法较难处理循环引用的问题,PHP 这波奇怪的操作可太秀了,那 PHP 的垃圾回收原理是怎么样的?

一、PHP 中的引用计数

1.1 如何确定垃圾

原理: 给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它,计数器的值就加一。每当有一个引用失效,计数器的值就减一。


  • 如果一个变量 value 的 refcount 减一之后等于 0,此 value 可以被释放掉,不属于垃圾。垃圾回收器不会处理

  • 如果一个变量 value 的 refcount 减一之后还是大于 0,此 value 被认为不能被释放掉,可能成为一个垃圾。

  • 垃圾回收器将可能的垃圾收集起来,等达到一定数量后开始启动垃圾鉴定程序,把真正的垃圾释放掉。


缺点: 需要维护引用计数器,有一定的消耗。且较难处理循环引用的问题。后面也会讲到如何解决这个问题。


下面的例子说明引用计数的是如何变化的:


1.2 PHP 中的变量知识

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。

1.3 使用引用计数的类型

有 5 种类型用的引用计数:


string、array、object、resource、reference


下面的表格说明了只有 type_flag 为以下 8 种类型且 IS_TYPE_REFOUNTED=true 的变量才使用引用计数,如下表所示


二、回收原理

2.1. 回收时机

  • 自动回收:在变量 zval 断开 value 的指向时,如果发现 refcount=0 则会直接释放 value。

  • 断开 value 指向的情形

  • 修改变量时会断开原有 value 的指向

  • 函数返回时会释放所有的局部变量

  • 主动回收

  • 调用 unset() 函数。类似于 Java 中的 System.gc()

2.2 垃圾鉴定

垃圾收集器收集的可能垃圾到达一定数量后,启动垃圾鉴定、回收程序。


原理:垃圾是由于成员引用自身导致的,那么就对 value 的 refcount 减一操作,如果 value 的 refount 变为了 0,则表明其引用全部来自自身成员,value 属于垃圾。另外垃圾只会出现在 array、object 类型中。



  • 步骤一: 遍历垃圾回收器的 buffer 缓冲区,把 value 标为灰色,把 value 的成员的 refount-1,还是标为灰色。

  • 步骤二: 遍历垃圾回收器的 buffer 缓冲区,如果 value 的 refcount 等于 0,标为白色,认为是垃圾;如果不等于 0,则表示还有外部的引用,不是垃圾,将 refcount+1 还原回去,标为黑色。

  • 步骤三: 遍历垃圾回收器的 buffer 缓冲区,将 value 为非白色的节点从 buffer 中删除,最终 buffer 缓冲区中都是真正的垃圾。

  • 步骤四: 遍历垃圾回收器的 buffer 缓冲区,释放此 value。

三、带你看源码

1. 垃圾管家

我称 _zend_gc_globals 为垃圾管家,结构体会对垃圾进行管理,收集到的可能成为垃圾的 value 就保存在这个结构的 buf 中,称为垃圾缓存区。


文件路径:\Zend\zend_gc.h。


2. 垃圾管家初始化

(1)php.ini 解析后调用 gc_init() 初始垃圾管家_zend_gc_globals


文件路径:\Zend\zend_gc.c



(2)gc_init() 函数里面调用 gc_reset() 函数初始化。


3. 判断是否需要收集

(1)在销毁一个变量时就会判断是否需要收集。调用 i_zval_ptr_dtor() 函数


​ 文件路径:Zend\zend_variables.h



  • 如果 refcount 减一后,refcount 等于 0,则认为不是垃圾,调用 _zval_dtor_func 方法释放此 value。

  • 如果 refcount 减一后,refcount 大于 0,则认为 value 可能是垃圾,垃圾管家进行收集

3. 收集垃圾

文件路径:\Zend\zend_gc.c,调用方法:gc_possible_root



  • 拿出 unused 指向的节点。

  • 如果拿出的节点是可用的,则将 unused 指向下一个节点。

  • 如果 unused 没有可用的,且 first_unused 还没有推进到 last_unused,则表示 buf 缓存区中还有可用的节点。

  • 拿出 first_unused 指向的节点。

  • first_unused 指向下一个节点。

  • buf 缓存区已满,启动垃圾鉴定、垃圾回收。

  • 如果未启用垃圾回收,则直接返回。



  • 将插入的变量标为紫色,防止重复插入。

  • 将该节点在 buf 数组中的位置保存到了 gc_info 中,当后续 value 的 refcount 变为了 0。

  • 需要将其从 buf 中删除时可以知道该 value 保存在哪个 gc_root_buffer 中。

5. 释放垃圾

由于回收方法 zend_gc_collect_cycles() 实在是太长,我把几个关键步骤理出来了:



  • 扫描根节点

  • 收集根节点

  • 调用回收器

  • 清理变量

  • 收集完成

四、总结

(1)PHP 的垃圾回收和 Java 的垃圾回收还是很有很大区别的,我们都以为没有高级语言会用到引用计数法来回收垃圾,但偏偏 PHP 用的是引用计数。


(2)PHP 用了一套自己的算法来解决因循环引用而产生垃圾的问题,这套算法可以简单理解为先把可疑垃圾的引用计数减一来进行测试,如果引用计数确实等于 0 ,则标记颜色为黑色,后续一起清理。


(3)PHP 垃圾收集中总共用到了三种关键颜色: 白色- 垃圾, 黑色- 非垃圾, 紫色- 防止重复插入。


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作者简介:8 年互联网职场老兵|全栈工程师|90 后超级奶爸|开源践行者|公众号万粉原创号主。蓝桥签约作者,著有《JVM 性能调优实战》专栏,手写了一套 7 万字 SpringCloud 实战总结和 3 万字分布式算法总结。欢迎关注我的公众号「悟空聊架构」,免费获取资料学习。

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用故事、大白话讲解Java、分布式、架构设计 2018.05.06 加入

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