PHP7擴展開發(四)：拷貝與引用

PingCAP 發布于2019-06-27 14:54 / 955人閱讀

摘要：如果，且僅僅是如果，引用計數變成了，引擎會銷毀該。的結構重新定義了，都有一個同樣的頭用來存儲引用計數拷貝引用有兩種方法引用。需要使用指針的復雜類型比如字符串數組和對象會自己存儲引用計數。

引用計數

迄今為止，我們向HashTables中加入的zval要么是新建的，要么是剛拷貝的。它們都是獨立的，只占用自己的資源且只存在于某個HashTable中。作為一個語言設計的概念，創建和拷貝變量的方法是“很好”的，但是習慣了C程序設計就會知道，通過避免拷貝大塊的數據(除非絕對必須)來節約內存和CPU時間并不少見。考慮這段用戶代碼：


如果執行zval_copy_ctor()（將會對字符串內容執行estrndup()）將$a拷貝給$b，那么這個簡短的腳本實際會用掉8M內存來存儲同一4M文件的兩份相同的副本。在最后一步取消$a只會更糟，因為原始字符串被efree()了。用C做這個將會很簡單，大概是這樣：b = a; a = NULL;。
Zend引擎的做法更聰明。當創建$a時，會創建一個潛在的string類型的zval，它含有日至文件的內容。這個zval通過調用zend_hash_add()被
賦給$a變量。當$a被拷貝給$b，引擎做類似下面的事情：
{
    zval **value;
    zend_hash_find(EG(active_symbol_table), "a", sizeof("a"), (void**)&value);
    ZVAL_ADDREF(*value);
    zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "b", sizeof("b"),  value,sizeof(zval*));
}
實際代碼會更復雜點，簡單的說，就是通過引用計數來記錄zval在符號表中、數組中、或其他地方被引用的次數。這樣$b = $a賦值只要將其引用計數+1，而不用去進行內容拷貝。
當用戶空間代碼調用unset($a)，引擎對該變量執行zval_ptr_dtor()。在前面用到的zval_ptr_dtor()中，你看不到的事實是，這個調用沒有必要銷毀該zval和它的內容。實際工作是減少refcount。如果，且僅僅是如果，引用計數變成了0，Zend引擎會銷毀該zval。
有些簡單數據類型不需要多帶帶分配內存，也不需要計數；PHP7中zval的long和double類型是 不需要 引用計數的。
php7的zval結構重新定義了，都有一個同樣的頭（zend_refcounted）用來存儲引用計數：
typedef struct _zend_refcounted_h {
    uint32_t         refcount;          /* reference counter 32-bit */
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_3(
                zend_uchar    type,
                zend_uchar    flags,    /* used for strings & objects */
                uint16_t      gc_info)  /* keeps GC root number (or 0) and color */
        } v;
        uint32_t type_info;
    } u;
} zend_refcounted_h;
拷貝 vs 引用
有兩種方法引用zval。第一種，如上文示范的，被稱為寫復制引用（copy-on-write referencing）。第二種形式是完全引用（full referencing）；當說起“引用”時，用戶空間代碼的編寫者更熟悉這種, 以用戶空間代碼的形式出現類似于：$a = &$b;。
在zval中，這兩種類型的區別在于它的is_ref成員的值，0表示寫復制引用，非0表示完全引用。注意，一個zval不可能同時具有兩種引用類型。所以，如果變量起初是is_ref（即完全引用－譯注），然后以拷貝的方式賦給新的變量，那么必將執行一個完全拷貝。考慮下面的用戶空間代碼：
 zend_array_1(refcount=1, value=[])
$b = &$a;      //$a, $b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
$c = $a;      //// $a, $b, $c -> zend_array_1(refcount=3, value=[])
在這段代碼中，為$a創建并初始化了一個zval，將is_ref設為0，將refcount設為1。當$a被$b引用時，is_ref變為1，refcount遞增至2。當拷貝至$c時，Zend引擎不能只是遞增refcount至3，因為如此則$c變成了$a的完全引用。關閉is_ref也不行，因為如此會使$b看起來像是$a的一份拷貝而不是引用。所以此時分配了一個新的zval，并使用zval_copy_ctor()把原始（zval）的值拷貝給它。原始zval仍為is_ref==1、refcount==2，同時新zval則為is_ref=0、refcount=1。現在來看另一塊內容相同的代碼塊，只是順序稍有不同：
 zend_array_1(refcount=1, value=[])
$c = $a;  // $a, $c     -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[])
$b = &$a; // $c -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[])
          // $b, $a -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=1) -> HashTable_2(value=[])
          // $b 是 $a 的引用, 但卻不是 $a 的 $c, 所以這里 zval 還是需要進行復制
          // 這樣我們就有了兩個 zval, 一個 is_ref 的值是 0, 一個 is_ref 的值是 1.
所有的變量都可以共享同一個數組,最終結果不變，$b是$a的完全引用，并且$c是$a的一份拷貝。然而這次的內部效果稍有區別。如前，開始時為$a創建一個is_ref==0并且refcount=1的新zval。$c = $a;語句將同一個zval賦給$c變量，同時將refcount增至2，is_ref仍是0。當Zend引擎遇到$b = &$a;，它想要只是將is_ref設為1，但是當然不行，因為那將影響到$c。所以改為創建新的zval并用zval_copy_ctor()將原始（zval）的內容拷貝給它。然后遞減原始zval的refcount以表明$a不再使用該zval。代替地，（Zend）設置新zval的is_ref為1、refcount為2，并且更新$a和$b變量指向它（新zval）。
 zend_array_1(refcount=1, value=[])
 
$b = $a;   // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=2, value=[])
           // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) ---^
 
// zval 分離在這里進行
$a[] = 1   // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_2(refcount=1, value=[1])
           // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
 
unset($a); // $a = zval_1(type=IS_UNDEF),   zend_array_2 被銷毀
           // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
這個過程其實挺簡單的。現在整數不再是共享的，變量直接就會分離成兩個多帶帶的 zval，由于現在 zval 是內嵌的所以也不需要多帶帶分配內存，所以這里的注釋中使用 = 來表示的而不是指針符號 ->，unset 時變量會被標記為 IS_UNDEF。
總結
PHP7 中最重要的改變就是 zval 不再多帶帶從堆上分配內存并且不自己存儲引用計數。需要使用 zval 指針的復雜類型（比如字符串、數組和對象）會自己存儲引用計數。這樣就可以有更少的內存分配操作、更少的間接指針使用以及更少的內存分配。

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